Allgemeine Grundlagen und Problemstellung:

Agestructure of vine leaves in hyperspectal terms — Abb. 1: Hyperspektrale Signaturen bei unterschiedlichem Blattalter

Was macht die hyperspektralen Messverfahren so faszinierend?

Hoher Messdurchsatz, schnelle Verfügbarkeit von Ergebnissen.
Zerstörungsfrei, ideal für Zeitreihenmessungen und Erfassung von Dynamiken.
Auch für komplexere Versuchsdesigns anwendbar.
Objektivität in der Messung.
Reproduzierbarkeit des Versuches und der Ergebnisse.
Wiederholbarkeit der Messung am gleichen Objekt
Mitführung mehrerer Standards als Kontrollen, z.B. Sorten, die den Bereich des genetischen Ist-Zustand, bzw. deren Variabilität definieren.
Angenähert ähnliche Auswertungsmöglichkeiten wie bei klassischen, destruktiven Messungen.
Eine Quantifizierung von Einflussvariablen (Faktoren wie die Intensität eines Stresses, etc.) ist möglich.
Eignet sich besonders auch für kleine ad hoc Versuche im Gewächshaus.
Monitoring und kontinuierliche Kontrolle von laufenden Versuchen
Ideal für das Versuchsmanagement und Resistenzprüfung.
Anwendbar auf den verschiedensten Skalenebenen.
Hohe Informationsdichte in den Spektren, die Systeme reagieren auf kleinste Änderungen im Pflanzengewebe.

In dem Spektrum sind alle Ereignisse, die auf das gemessene Blatt/Individuum im Laufe der Zeit eingewirkt haben, akkumuliert und zusammengefasst. Die Pflanze kann als Individuum aufgrund ihres spektralen Fingerabdrucks charakterisiert und entsprechend klassifiziert werden.Diese Ereignisse gilt es in seine Komponenten aufzuteilen und in den Signaturen wiederzufinden. Da hier die individuelle Pflanze oder ein Organ gemessen werden, sind die Varianzen hoch, aber im Mittel zeigen sich deutlich induzierte Behandlungseffekte wie Sorten- und Linienwahl, Stresse (z.B. Trocken-, Salz-, Ozonstress, etc.), Düngung oder Pathogene, falls vorhanden. Es kann vermutet werden, dass das Spektralsignal eher die biologische Zeit einer Pflanze erfasst, d.h. Entwicklung/Wachstum und Seneszenz. Induzierte Stresse variieren die biologische Zeit in Nuancen, und können daher über die hyperspektralen Signale versuchsimmanent erkannt und quantifiziert werden.

Nemaplot nutzt die Hyperspektraltechnologie als Grundlage zur schnellen und frühzeitigen Versuchsauswertung und Merkmalserkennung von biologischen Gegenständen mit zerstörungsfreien Methoden. Dazu wurden verschiedene, z.T. patentierte Auswerteverfahren entwickelt, die in den Daten auch kleine Unterschiede erkennen und statistisch absichern. Im Vergleich zur klassischen Versuchsauswertung auf der Basis von SI Einheiten, wie z.B. Ertragsmessungen in kg ha^-1 etc., sind auch hier ein- bis mehrfaktorielle Fragestellungen mit den entsprechenden Mittelwertvergleichen möglich. Diese Verfahren eignen sich hervorragend für Hochdurchsatzscreenings, wo Behandlungseffekte (z.B. Düngung, Stresse, Pestizide) oder auch genetisch bedingte Merkmale (Sorteneigenschaften, Phänotypen) frühzeitig erkannt werden sollen.

Hyperspektrale Diagnose — Abb. 2: Hyperspektrale Signatur von befallenen Weinblättern im Wellenlängenbereich bis 2500 nm

So einfach die Messungen mit hyperspektralen Sensoren durchgeführt werden können, so aufwendig erscheint die Auswertung der Informationen. Nemaplot hat entsprechende Verfahren entwickelt, die Unterschiede in den Spektren durch Modellanpassung, Parameterschätzungen und multivariater Statistik ermitteln. Zum Testen neuer oder bekannter Wirkstoffe, Sorteneigenschaften oder anderer Faktoren von Interesse werden in den Biowissenschaften fortwährend umfangreiche Biotests, Labor-, Gewächshaus-, oder Feldversuche angelegt. In diesen Versuchen werden auf den unterschiedlichsten Skalenebenen die Behandlungseffekte über die physiologischen Zustände und Eigenschaften von Einzelpflanzen und Pflanzenbeständen durch überwiegend destruktive Beerntung und nachfolgender Laboranalytik erfasst. Diese Verfahren blockieren wichtige Ressourcen und sind oft zeit-, arbeits- und kostenintensiv. Ergebnisse stehen erst spät nach Ende der Vegetationsperiode und nach umfangreicher statistischer Auswertung zur Verfügung.

Die klassische Frage, ob es einen Unterschied zwischen Behandlung und Kontrolle gibt, lässt sich mit einer gewissen Objektivität schnell, zerstörungsfrei, wiederholbar und arbeitsextensiv mit Hilfe der hyperspektralen Reflexionmessung erreichen. Dazu wird die Reflexion einer Pflanze (oder eines anderen Objekts) in verschiedenen Wellenlängen erfasst, die wiederum eine charakteristische Signatur des Objekts oder des Objektzustandes beschreibt.

Diese Auswertung wird Ihnen von uns zeitnah und kostengünstig geliefert.

Profitieren Sie von einer innovativen Auswertetechnik, erkennen Sie schnell und frühzeitig, in welcher Form ihre Versuchsfragen gelöst werden, wann und ob überhaupt Behandlungseffekte auftreten, ob ihr Versuch überhaupt funktioniert.

Machen Sie aus der Auswertung Ihrer Spektraldaten nicht eine eigene Wissenschaft. Nutzen Sie die gesamte Potential ihres Sensors.

Gerade weil die Technik einen hohen Messdurchsatz und eine außerordentliche Wiederholbarkeit ermöglicht, sind umfangreiche Experimente möglich, die Dynamik der meisten Behandlungseffekte können präsymptomatisch erkannt und intensiv erfasst werden. Die Mitführung von weiteren Standards als Kontrolle bietet sich geradezu an. Mit unserem Verfahren ist eine der Schnelligkeit der Messmethode entsprechende Analyse gegeben.

Es werden keine Versuchsdetails benötigt, die Anonymität Ihrer Daten ist gewährleistet.

Was wird geliefert:

Die relativen Unterschiede zum Zeitpunkt der Messung zwischen Kontrolle und Behandlung in Form einer Kombination statistischer Parameter entsprechend Ihrer Versuchsfrage und Ihres Versuchsdesigns.
Zusätzlich eine graphische Darstellungen ihrer Ergebnisse für den schnellen Überblick
Interpretation der Ergebnisse.
Eine Beschreibung der Intensität der eingesetzten Faktoren
Quantitative Vergleichsmöglichkeiten ihrer Versuchsfaktoren und -ergebnisse auf der Skala kanonischer Distanzen als Ergebnis der Diskriminanzanalyse oder Clusteranalyse.

Erkannte Unterschiede von Behandlungseffekten anhand der Reflexion von Blättern muss nicht unbedingt zu proportionalen Unterschieden bei Abschluss des Experiments (z.B. bei der Ernte) oder einer anderen gewünschten Zielgröße führen.
Eine inverse Beweisführung ist statistisch nicht erlaubt. D.h. wird kein Behandlungseffekt entdeckt, heißt das nicht, dass die Behandlung, z.B. die Applikation einer aktiven Substanz, keinen Einfluss auf das Signal, bzw. Gewebe hat. Dies ist zu beachten im Rahmen von Unbedenklichkeitsprüfungen oder ähnlichem. Der Versuch muss dann entsprechend der Fragestellung angelegt werden.