Automatisierte Bild- und Datenanalyse

Leistungen des Kompetenzfelds Biosystems Engineering

Automatisierte und hochdurchsatzfähige Pflanzen-Phänotypisierung

Wir bieten Lösungen zur automatisierten und hochdurchsatzfähigen Analyse und Modellierung pflanzenbiologischer Entwicklungsprozesse auf Labor- und Gewächshausebene sowie im Feldbestand. Dazu erstellen wir kundenspezifische Lösungen zur räumlichen und räumlich-zeitlichen Analyse und Modellierung relevanter Eigenschaften und Entwicklungsgradienten von Geweben, Organen und ganzen Pflanzen. Weiterhin können hier Zusammenhänge zwischen Struktur und Funktion bzw. deren Interaktion mit der Umwelt modelliert werden. Dazu nutzen wir verschiedene, vorwiegend bildgebende, Messverfahren und funktionelle Daten, z. B. auf Protein-, Transkript- und Metabolitebene.

Durch den Einsatz von Methoden des maschinellen Lernens lassen sich nicht nur robustere Ergebnisse erzielen, sondern ggf. vorhandenes, aber nicht explizit gegebenes, Expertenwissen in die entwickelten Lösungen integrieren. Dadurch bieten unsere Systeme hohe Flexibilität bezüglich der zugrundeliegenden biologischen Fragestellung und die Möglichkeit des Hochdurchsatz-Betriebes. Dieser läßt das Screening großer Mutantenkollektionen unter Verwendung einer statistisch hinreichend großen Stichprobe realisierbar werden.

Automatisierte Datenanalyse für die Präzisionslandwirtschaft

Auf Basis hyperspektraler Bildgebung bieten wir ein Baukastensystem, das eine präzise und zeitnahe (Online-)Erfassung des Ernährungs- und Gesundheitszustandes von Kulturpflanzen im Feldbestand ermöglicht. Die Datenerhebung kann zielgerichtet punktuell oder flächenhaft wie folgt erfolgen:

  1. Landbasierte Sammlung unter Nutzung vorhandener Landmaschinen oder unseres Fahrzeugkonzeptes Agrover
  2. Flugbasierte Sammlung mittels einer Drohne oder eines Agrarflugzeuges
  3. Auswertung von kommerziell verfügbaren Satellitenaufnahmen

Das Kernstück dieses Systems ist die Berechnung des Ernährungs- bzw. Gesundheitszustandes nach Kriterien, die durch den Anwender vorgegeben sind. In Erweiterung zu typischen, gegenwärtig am Markt befindlichen, kommerziellen Lösungen profitiert dieses System von der deutlich erweiterten Datenlage durch angepasste hyperspektrale Bildgebung sowie von einer speziell entwickelten Datenverarbeitung auf Basis künstlicher Intelligenz. Beides führt nicht nur zu einem erweiterten Spektrum betrachteter Pflanzeninhaltsstoffe, sondern auch zu einer höheren Robustheit vor dem Hintergrund des Einsatzes im landwirtschaftlichen Produktivbetrieb.

Bei Vorhandensein flächenhafter Daten ist die Erstellung von Versorgungskarten zur lokal adaptiven Ausbringung von Betriebsmitteln oder zum ortsaufgelösten quantitativen Monitoring eines eventuellen Pathogenbefalls möglich. Das System ist für eine Reihe von Getreiden erfolgreich getestet worden. Die Anzahl an Kulturpflanzen auf der einen Seite und Inhaltsstoffen bzw. Pathogenen auf der anderen Seite wird ständig erweitert.

Automatisierte Verfahren zur Online-Qualitätssicherung in der Lebensmittelproduktion

Wir bieten maßgeschneiderte Lösungen für die kontinuierliche (Online-)Überwachung relevanter Qualitätsparameter in der Lebensmittelproduktion und -verarbeitung. Die Wahl geeigneter Datenaufnahmeverfahren erfolgt dediziert in Abhängigkeit der zu bestimmenden Stoffe (Qualitätsparameter) bzw. des dahinterliegenden Produktionsprozesses. In diese können unsere Lösungen direkt integriert werden. Durch die Verwendung problemspezifischer Messtechnik, kombiniert mit mathematischer Datenverarbeitung, die bei Bedarf um Methoden des maschinellen Lernens erweitert wird, kann eine sensitive Messung komplexer Qualitätsmuster erreicht werden. Derartige Systeme wurden und werden gegenwärtig von uns in enger Zusammenarbeit mit Industriekunden in verschiedenen Bereichen der Lebensmittelproduktion, z. B. bei Grundnahrungsmitteln und Genussmitteln, entwickelt.