ZierSens - CMOS-Bildsensor für die Bestimmung von Pflanzeninhaltsstoffen

Projektlaufzeit: 09/2019 - 08/2023

Ausgangssituation:

Bei der Erzeugung von Zierpflanzen werden laufend Informationen zum Ernährungszustand der Pflanzen benötigt. Diese Informationen dienen der Düngungsoptimierung für das Erreichen der Termin- und Qualitätsziele ebenso wie für eine ressourcenschonende, umweltfreundliche Produktion.

Die bisher in der Praxis dafür in erster Linie genutzten Substratanalysen sind aufwendig. Sie liefern nur zeitversetzt Informationen über den Zustand in der Wurzelumgebung, nicht aber der Pflanze selbst. Benötigt wird eine innovative Methode für die gärtnerische Praxis, mit welcher der aktuelle Ernährungszustand der Pflanzen zerstörungsfrei, zeitnah, mit geringem Aufwand sowie repräsentativ und sicher bestimmt werden kann. Diese Lücke soll durch das FuE-Vorhaben geschlossen werden.

Projektziele:

  • Entwicklung einer neuen Messmethode zur Bestimmung von Pflanzeninhaltsstoffen unter Nutzung eines CMOS-Chip mit OLED, der gleichzeitig als definierte Lichtquelle, Kamera und hochauflösender optischer Sensor fungiert
  • Entwicklung einer Spitzentechnologie zur Beurteilung des Ernährungszustandes von Pflanzen für eine optimale Düngung
  • Verbesserung der Kultursicherheit, Produktqualität und Wirtschaftlichkeit sowie der Umweltfreundlichkeit bei der Produktion von Zierpflanzen und anderen Pflanzen

Inhalte:

Innovativer Ansatz ist die Nutzung eines CMOS-Chip mit OLED. Dieser wird gleichzeitig als definierte Lichtquelle, Kamera und hochauflösender optischer Sensor genutzt. Durch Bilderkennung werden die Messflächen für die multispektralen Messungen optimiert, die unter Nutzung eines intelligenten Auswertungsmodells Informationen zum Ernährungszustand der Pflanzen liefern.

Entwicklungsziel ist ein komplexer Messvorgang mit mehreren Schritten:

  1. Bildaufnahme und -auswertung für automatische Auswahl des optimalen Messfleckes;
  2. Sequenzielle Abfrage verschiedener Spektralbereiche;
  3. Intelligente Datenanalyse, Vergleich mit Referenzwerten;
  4. Ausgabe mehrerer düngungsrelevanter Parameter zum Ernährungszustand der Pflanzen unter Nutzung von Methoden des maschinellen Lernens und der Computational Intelligence für das Management und die Auswertung des komplexes Messvorgangs.

Im Projekt werden Beispielskulturen aus dem Zierpflanzenbau für das Anlernen und die Erprobung des Systems genutzt. Für das Projekt sind folgende Arbeitspakete vorgesehen:

  • AP 1:  Entwicklung und Konditionierung der 1. Sensorgeneration
  • AP 2:  Generierung von Messdaten an Pflanzenmaterial
  • AP 3:  Entwicklung von Auswertungsalgorithmen
  • AP 4:  Entwicklung und Konditionierung der 2. Sensorgeneration
  • AP 5:  Kalibrierung anhand umfangreicher Pflanzendaten
  • AP 6:  Praxistests
  • AP 7:  Öffentlichkeitsarbeit

Mit der Zusammenführung der speziellen Fachkompetenzen des Fraunhofer FEP auf dem Gebiet der organischen Mikroelektronik und des LfULG zur Pflanzenernährung bei Zierpflanzen wird gemeinsam ein herausgehobenes Forschungs- und Entwicklungsvorhaben zur Umsetzung im Gartenbau bzw. in der Landwirtschaft realisiert.

Farbaufnahme eines Blattes

Nutzung Bildsensor für die Bestimmung von Pflanzeninhaltsstoffen

© Foto: Schubert, LfULG

Ansprechpartner

Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie

Referat 82: Zierpflanzenbau

Dr. Sven Schubert

Telefon: 0351 2612-8200

E-Mail: Sven.Schubert­@smekul.sachsen.de

Webseite: http://www.lfulg.sachsen.de

Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie

Referat 82: Zierpflanzenbau

Dr. Sven­ Schubert

Telefon: 0351 2612-8211

E-Mail: Sven.Schubert@smekul.sachsen.de

Webseite: http://www.lfulg.sachsen.de

Partner im Projekt

Fraunhofer-Institut für Organische Elektrik, Elektrostrahlen- und Plasmatechnik FEP

Bereich Mikrodisplays und Sensorik, Abteilung Organische Mikroelektronik

Bernd Richter

Besucheradresse:
Maria-Reiche-Str. 2,
01109 Dresden

Telefon: 0351 8823-285

E-Mail: Bernd.Richter@fep.fraunhofer.de

Webseite: http://www.fep.fraunhofer.de

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