Beispiele für hyperspektrale Signaturen
Mögliche Verläufe auf verschiedenen Gewebetypen und entsprechende Modellanpassung als Grundlage der wissenschaftlichen Analyse.
Mehrheitlich handelt es sich bei den Messungen um grüne Blätter, die wiederum ein charakteristisches, altersspezifisches Spektrum ergeben. Beispiel rechts einer Weinpflanze: die oberen, jungen Blätter haben eine andere Signatur als die unteren, älteren Blätter. Hinzu kommen alle möglichen Störungen, die das Signal beeinflussen. Der visuelle Vergleich mit den Modellanpassungen demonstriert die Güte und Flexibilität des Analyseansatzes für alle verfügbaren Spektren. Die spektrale Signatur wird in Parameter transformiert, die wiederum offen sind für statistische Analysen und Vergleiche.
Klassisches Spektrum eines grünen Blattes mit allen
Besonderheiten eines Zuckerrübenblattes (Kräuselung der Blattoberfläche, dicke Cutikula).
Das Beispiel demonstriert die asymptotische Obergrenze eines gesunden Blattbestandes.
Messung oberhalb des Bestandes.
Ebenfalls ein klassisches Beispiel für ein grünes Zuckerrübenblatt, aber
mit einer Kontaktprobe direkt auf der Blattoberfläche aufgenommen. D.h. mit
einer aktiven Eigenbeleuchtung
und ohne Störgrößen. Diese Aufnahmen mit einem 'Plant Probe' Zusatz
liefert die stabilsten und eventuell realitätsnächsten Spektren eines
Gewebes, da a) eine stabile Beleuchtung vorliegt und b) Störgrößen, die
das Ergebnis beeinflussen können, ausgeschlossen werden. Daten auf der
Basis dieser Messmethode ermöglichen eine Auswertung hinsichtlich
kleinster Unterschiede in den Schätzparametern und ist gerade
für spezifische Versuchsfragen empfohlen, z.B. im Gewächshaus oder kleine Pflanzen
in Pflanztöpfen, etc.
Bespiel für ein gut versorgtes, gesundes Weinblatt im
älteren Stadium
Weinblatt bei beginnender Seneszenz und leichter Störung im
Spektrum. Über das Modell werden solche Störungen ausgeglichen. Ist
notwendig, da sonstige Auswerteverfahren diesen Wellenlängenbereich als
signifikant unterschiedlich definieren würden.
Grünes Blatt mit dicker Kutikula und wachsigen
Blättern, starke Lichtabsorption im Chlorophyllbereich
Sonnenblume, auf der Spektralebene nicht vom Weinblatt
zu unterscheiden, weiches Blatt, behaart.
Demonstrationsmodell einer Phänotypisierungsanlage mit direkter Spektralanalyse (Bildschirm
im Hintergrund). Beispiele für Bestandsmessung, wo die
Pflanzenmorphologie und die Behandlung (Düngung) das Ergebnis
beeinflussen und die Spektren entsprechend stören.
Beispiel: Bestandsmessungen im Topfversuch, Aufnahme
von oben. Resultierende Abweichungen
und Signalstörungen sind bedingt durch die Morphologie der Pflanze und
Schwankungen in der Beleuchtung, was zu Oszillationen im Signal führt.
Signalglättung durch Modellanpassung, Behandlung: Volldünger.
Beispiel: Bestandsmessungen im Topfversuch, Aufnahme
von oben. Resultierende Abweichungen und Signalstörungen sind bedingt
durch die Morphologie der Pflanze. Versuch ohne Kalium.
Beispiel: Bestandsmessungen im Topfversuch, Aufnahme
von oben. Resultierende Abweichungen und Signalstörungen sind bedingt
durch die Morphologie der Pflanze. Behandlung: ohne Stickstoff, d.h.
lückiger Blattapparat, die Reflexion des Bodens überwiegt.
Beispiel: Bestandsmessungen im Topfversuch, Aufnahme
von oben. Resultierende Abweichungen und Signalstörungen sind bedingt
durch die Morphologie der Pflanze. Behandlung: ohne Schwefel.
Beispiel: Bestandsmessungen im Topfversuch, Aufnahme
von oben. Resultierende Abweichungen und Signalstörungen sind bedingt
durch die Morphologie der Pflanze. Behandlung: ohne Phosphat.
Beispiel: Bestandsmessungen im Topfversuch, Aufnahme
von oben. Resultierende Abweichungen und Signalstörungen sind bedingt
durch die Morphologie der Pflanze. Behandlung: ohne Zink.
Abgestorbenes, braunes Blattgewebe, jegliche Strukturen
sind verloren gegangen.
Beginnende Seneszenz, Chlorophyll bereits teilweise
abgebaut, nekrotische Flecken auf der Blattfläche.
Messungen an der Traube, Beispiel eines Düngerversuchs.
Spektren an der Traube, mit Botrytisbefall,
der Anpassungsprozess des Modells ist ungenügend.
Spektrum an der Traube mit N Versorgung
Traube mit verstärktem Botrytisbefall, bedingt durch die
N Düngung. Die Pilz hat sämtliche Gewebestrukturen zerstört.
Beispiel für Spektren aus einem abbildenden Sensor, das
Spektrum ist im Mittel einer Fläche wie in den nichtabbildenden
Verfahren, aber das Spektrum eines Pixels zeigt zahlreiche Störungen.
Hier ist die Modellanpassung von besonderer Bedeutung, da die Signatur
geglättet wird und Auswerteverfahren nicht fälschlicherweise auf die systembedingte
Störungen in einzelnen Wellenlängenbereichen reagieren.
Objekt wie oben mit der gleichen Problematik
Messung an der grünen Frucht anstatt an den Blättern.
Es handelt sich um ein anderes Pflanzenorgan mit anderer Gewebestruktur,
gewachster Oberfläche und hohen Wassergehalten. Das Spektrum
unterscheidet sich von den typischen Blattspektren. Über die
Modellanpassung lassen sich solche Spektren ebenfalls auswerten.
Messung an der roten Frucht. Hier sind die
chlorophyllbedingten Wellenlängenbereiche durch den roten Farbstoff verändert.
Anpassungen und Versuchsauswertung ebenfalls über die Modellanwendung.
Beispiel für Spektren bis 2500nm, Messung mit der Plant
Probe, d.h. die üblichen Störungen der Wasserbänder fehlen.
Modellanpassungen und Analyse auch mit Information aus den SWIR
Bereichen.
Freilandaufnahme mit Lichtkorrektur bis 1600nm. Es kann je nach
Belichtungszeit zu Störungen oder Sprüngen im Spektrum kommen. Und
gewisse (Wasser-) Bänder sind störanfällig.
Aufnahme mit einer Kontakt Probe ohne Lichtstreuung.
Modellanpassung über das ganze Spektrum.
Spektrum eines NIRS Spektrometers im Intervall von 1200
bis 2400 nm, dient der Bestimmung von Inhaltsstoffen in aufbereiteten
Proben, Beispiele um laboranalytische Prozesse zu beschleunigen oder
Teile des Analyseprozesses durch NIRS Information zu ersetzen. Mit einem
ausreichenden Stichprobenumfang lassen sich Kalibrierungsreihen
erstellen, um empirische Korrelationen von Inhaltsstoffen zu Spektrum zu
erstellen.
Reflektion der Haut. Spektren variieren mit zahlreichen
Faktoren wie Melaningehalten, Hautfeuchtigkeit, Alter etc. Alle diese
Spektren können über das Modell angepasst werden, Klassifikation über
eine große Stichprobenzahl möglich.
Leberfleck auf der Haut wie oben
Mundschleimhautgewebe mit hoher Feuchtigkeit.
Stark verdorbenes Hackfleisch (rotes Quadrat) mit deutlicher Verfärbung
und hoher Gesamtkeimzahl (GKZ)
Frisches
Hackfleisch und sein charakteristisches Spektrum, verstärkt durch
die Rotfärbung der Schutzatmosphärenverpackung. Verfahren zur
Qualitätssicherung und Produktionsüberwachung.
Obiges Hackfleisch nach einer Woche Lagerung mit
deutlicher Veränderung der Konsistenz und des Spektrums.
Messung
am Kotelett
mit der Plant Probe; Das
Kotelett hat noch eine deutliche Rotfärbung, oxidative Verfärbungen sind
noch nicht eingetreten. Die (log.) Gesamtkeimzahl (GKZ) liegt im Bereich von 4.
Zum Vergleich das Spektrum eines stark verdorbenen Koteletts probe mit
Keimzahlen >8 bis 9.