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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kennzeichnen von Pflanzenbildinformationen, insbesondere für landwirtschaftliche Zwecke, und eine entsprechende Kennzeichnungseinheit sowie eine Erfassungsvorrichtung zum Erfassen von Pflanzenbildinformationen, insbesondere für landwirtschaftliche Zwecke, nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Zur Erzeugung von Bilddaten zum Trainieren von tiefen neuronalen Netzen werden diese Daten üblicherweise annotiert. Die Annotation erfolgt dabei häufig durch einen menschlichen Bediener. Man kann zwischen verschiedenen Arten der Annotation unterscheiden, die sich entweder
- - nur auf den gesamten Bildinhalt bezieht und z.B. in Stichworten (Tags) ausgeführt ist
- - in Form von Begrenzungsrahmen (bounding box) sich auf einen Bildteil beziehen
- - auf jedes einzelne Bildelement (Pixel) bezieht (semantische Segmentierung).
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Die Annotation kann vollständig manuell erfolgen oder mit Hilfe von Vorschlägen die auf Basis von Bildverarbeitungsalgorithmen erstellt werden. Einfache Algorithmen können z.B. Schwellwertverfahren sein. Die Entscheidung zur Zugehörigkeit zu einem Objekt bleibt jedoch eine Entscheidung des menschlichen Operators. Diese „Ground truth“ genannte Segmentierung kann daher Fehler aufweisen und stellt das im Allgemeinen Beste zu erreichende Wissen über die Bildinformation dar.
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Das grün fluoreszierende Protein (Abkürzung GFP; engl. green fluorescent protein) ist in den letzten Jahrzenten für die Zellbiologie unentbehrlich geworden. Hauptziel ist, die Integration der Gen-Sequenz die zur Bildung von GFP führt an spezifischen Stellen des Genoms des zu untersuchenden Organismus durchzuführen, um damit den zeitlichen und räumlichen Verlauf der von diesem Genom kodierten Information zu verfolgen. Die Integration erfolgte bereits in einer Vielzahl von Organismen, unter anderem auch diversen Pflanzen. Neben einer transienten Integration, d.h. die Expression von GFP erfolgt nur für einen bestimmten Zeitraum im Lebenszyklus der Pflanze (z.B. durch Agroinfiltration), gelang auch die stabile Integration in das Pflanzen Genom (Allison R. Kermode. Molecular Pharming: Applications, Challenges and Emerging Areas, chapter 10 Molecular Pharming: Plant-Made Vaccines, page 231ff. Wiley, 2018.). Die erfolgreichsten Arbeiten beruhen auf Tabakpflanzen, jedoch sind auch andere Organismen wie Arabidopsis (Acker-Schmalwand), Kartoffeln (Vladimir A. Sidorov, Daniel Kasten, Sheng-Zhi Pang, Peter T. J. Hajdukiewicz, and Narender S. Staub, Jeffrey M.and Nehra. Stable chloroplast transformation in potato: use of green fluorescent protein as a plastid marker. The Plant Journal, 19(2): 209-216, 2002), Tomaten untersucht worden (Henry Daniell, Shashi Kumar, and Nathalie Dufourman- tel. Breakthrough in chloroplast genetic engineering of agronomically important crops. Trends in Biotechnology, 23(5): 238-245, 2005). Der Fokus liegt dabei jedoch nicht in der Integration eines fluoreszenten Proteins sondern in der Veränderung von Pflanzeneigenschaften wie z.B. Resistenzen gegen Umwelteinflüsse oder Krankheiten.
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Hierbei kann mit bekannten Methoden, wie z.B. in
WO 9627675 A1 beschrieben, in die gewählte Pflanzen-Spezies eine Gen-Sequenz eingebracht werden, die ein fluoreszierendes Protein kodiert und welches von der Pflanze exprimiert wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Kennzeichnen von Pflanzenbildinformationen, insbesondere für landwirtschaftliche Zwecke, mit den Schritten:
- - Erfassen eines ersten Pflanzenbereiches mit einer einen fluoreszierenden molekularen Marker aufweisenden Pflanze mittels einer ersten Bilderfassungseinheit, um eine erste Pflanzenbildinformation zu erhalten;
- - Bestrahlen des fluoreszierenden molekularen Markers mittels einer Beleuchtungseinheit derart, dass der fluoreszierende molekulare Marker ein erfassbares Licht emittiert;
- - Erfassen eines zweiten Pflanzenbereiches mit derselben den fluoreszierenden molekularen Marker aufweisenden Pflanze mittels der ersten Bilderfassungseinheit oder mittels einer zweiten Bilderfassungseinheit, um eine zweite Pflanzenbildinformation mit dem emittierten Licht zu erhalten; und
- - Kennzeichnen der Pflanze in der ersten Pflanzenbildinformation unter Verwendung der zweiten Pflanzenbildinformation mit dem emittierten Licht mittels einer Kennzeichnungseinheit.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Kennzeichnungseinheit zum Kennzeichnen von Pflanzenbildinformationen, insbesondere für landwirtschaftliche Zwecke, welche eingerichtet ist, die erste Pflanzenbildinformation und die zweite Pflanzenbildinformation zum empfangen und den Schritt des Kennzeichnens gemäß dem vorangehend beschriebenen Verfahren durchzuführen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist außerdem eine Erfassungsvorrichtung zum Erfassen von Pflanzenbildinformationen, insbesondere für landwirtschaftliche Zwecke, mit
- - einer ersten Bilderfassungseinheit zum Erfassen eines ersten Pflanzenbereiches mit einer einen fluoreszierenden molekularen Marker aufweisenden Pflanze, um eine erste Pflanzenbildinformation zu erhalten;
- - einer Beleuchtungseinheit zum Bestrahlen des fluoreszierenden molekularen Markers derart, dass der fluoreszierende molekulare Marker ein erfassbares Licht emittiert; und
- - der ersten Bilderfassungseinheit oder einer zweiten Bilderfassungseinheit zum Erfassen eines zweiten Pflanzenbereiches mit derselben den fluoreszierenden molekularen Marker aufweisenden Pflanze, um eine zweite Pflanzenbildinformation mit dem emittierten Licht zu erhalten.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist schließlich ein Computerprogramm das dazu eingerichtet ist, den Schritt des Kennzeichnens gemäß dem vorangehend beschriebenen Verfahren durchzuführen sowie ein maschinenlesbares Speichermedium mit dem darauf gespeicherten Computerprogramm.
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Das Verfahren ist bevorzugt für landwirtschaftliche Zwecke gedacht. Unter einem landwirtschaftlichen Zweck kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Zweck verstanden werden, der auf eine wirtschaftliche Kultivierung von Nutzpflanzen gerichtet ist. Hierbei kann das Verfahren auf einer freien landwirtschaftlichen Fläche, wie bspw. auf einem Feld, oder aber in einem geschlossenen Raum, wie bspw. in einem Gewächshaus durchgeführt werden.
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Bevorzugt werden der Schritt des Erfassens des ersten Pflanzenbereiches, der Schritt des Bestrahlens und der Schritt des Erfassens des zweiten Pflanzenbereiches, insbesondere ferner der Schritt des Kennzeichnens während einer Bewegung, insbesondere einer Fahrt oder eines Fluges einer mobilen Vorrichtung durchgeführt werden. Das Verfahren kann jedoch auch stationär mittels einer stationären Vorrichtung durchgeführt werden.
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Die Erfassungsvorrichtung zum Erfassen von Pflanzenbildinformationen kann somit mobil oder stationär ausgebildet sein oder eine einem mobilen oder stationären System angeordnet sein.
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Die Erfassungsvorrichtung zum Erfassen von Pflanzenbildinformationen ist bevorzugt ausgebildet, das Verfahren automatisiert durchzuführen, um eine schnelle, zuverlässige und effiziente Kennzeichnung von Pflanzenbildinformationen zu ermöglichen.
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Unter dem Begriff „Kennzeichnen“ wird eine Annotation bzw. ein Labeling verstanden, insbesondere auf Pixelebene, bspw. für eine semantische Segmentierung.
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Bevorzugt weist im Schritt des Erfassens der erste Pflanzenbereich ferner eine weitere einen weiteren fluoreszierenden molekularen Marker aufweisende Pflanze auf. Demzufolge wird im Schritt des Bestrahlens ferner der weitere fluoreszierende molekulare Marker mittels der Beleuchtungseinheit derart bestrahlt, dass der weitere fluoreszierende molekulare Marker ein weiteres erfassbares Licht emittiert. Folglich weist im Schritt des Erfassens der zweite Pflanzenbereich ferner dieselbe weitere den weiteren fluoreszierenden molekularen Marker aufweisende Pflanze auf, um die zweite Pflanzenbildinformation ferner mit dem weiteren emittierten Licht zu erhalten. Somit wird im Schritt des Kennzeichnens ferner die weitere Pflanze in der ersten Pflanzenbildinformation unter Verwendung der zweiten Pflanzenbildinformation mit dem weiteren emittierten Licht gekennzeichnet.
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Das Verfahren kann einen Schritt des Einbringens eines fluoreszierenden molekularen Markers in eine Pflanze und ggf. einen Schritt des Einbringens eines weiteren fluoreszierenden molekularen Markers in eine weitere Pflanze umfassen. Der fluoreszierende molekulare Marker und ggf. der weitere fluoreszierende Marker kann/können jeweils ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: blau fluoreszierendes Protein, cyan fluoreszierendes Protein, grün fluoreszierendes Protein, gelb fluoreszierendes Protein, EBFP2, ECFP, mTurquoise, EGFP, Clover, EYFP, Citrine, mOrange2, TagRFP-T, mCherry, mKate2, iRFP682, mKeima, LSS-mKate2 oder aus der Internetseite https://www.fpvis.org/FP.html.
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Idealerweise wird die Gen-Sequenz stabil in das Pflanzengenom eingebracht, so dass das Protein über das gesamte Pflanzenleben exprimiert wird und auch vererbt wird. Das fluoreszierende Protein sollte idealerweise in den Chloroplasten exprimiert werden, da deren größere Anzahl in einer Pflanze zu einer höheren Konzentration führt als wenn die Sequenz im Zellkern enthalten ist (Kermode, Molecular Pharming: Applications, Challenges and Emerging Areas, Kapitel 10). Alternativ ist auch eine transiente Exprimierung möglich, jedoch erhöht sich dadurch der Aufwand zur Erzeugung der Daten. Neben GFP stehen modifizierte und weiterentwickelte Varianten von fluoreszierenden Proteinen zur Verfügung. Neben höherer Effizienz (enhanced GFP) gibt es Varianten über den gesamten Spektralbereich (z.B. YellowFP, RedFP, CyanFP) die eingesetzt werden können (Nikon Microscopy U. Introduction to fluorescent proteins). Zur späteren Detektion ist ein möglichst starkes Signal wünschenswert, so dass eine Kombination von hoher Proteinkonzentration und Effizienz bei der Umwandlung von Anregungslicht wünschenswert ist. Für Pflanzenbereiche, bei denen mehrere Pflanzenarten in einer Pflanzenbildinformation enthalten sind, ist die Verwendung von unterschiedlichen fluoreszierenden molekularen Markern und entsprechenden Spektralbereichen je Pflanzenart sinnvoll, da dadurch eine Trennung der Pflanzen selbst bei Überlapp ermöglicht wird.
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Das Verfahren kann bevorzugt auch mit dem in der
DE 10 2016 203 850 oder der
DE 10 2017 204 650 beschriebenen Verfahren kombiniert werden. In diesem Fall können auch für jede Pflanzenart unterschiedliche Spektralbereiche eingesetzt werden, um eine Überlapptrennung zu ermöglichen.
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Die erste Bilderfassungseinheit und/oder die zweite Bilderfassungseinheit kann/können zumindest eine multispektrale und/oder hyperspektrale und/oder Infrarot- und/oder 3D-Kamera umfassen. Die erste Bilderfassungseinheit und/oder die zweite Bilderfassungseinheit kann/können ausgebildet sein, Bilder im NIR und/oder visuellen Bereich zu erfassen bzw. aufzunehmen. Die zweite Bilderfassungseinheit ist ausgebildet, zumindest den Spektralbereich der Emission des fluoreszierenden molekularen Markers zu erfassen. Hierbei weist die zweite Bilderfassungseinheit bevorzugt einen zur Erfassung des von dem fluoreszierenden molekularen Marker emittierten Lichts und ggf. des von dem weiteren fluoreszierenden molekularen Marker weiteren emittierten Lichts angepassten, insbesondere schmalbandigen Emissionsfilter auf. Die zweite Bilderfassungseinheit kann in einer Bewegungsrichtung hinter und/oder neben der ersten Bilderfassungseinheit angeordnet sein.
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Das erfasste emittierte Licht ist ein Fluoreszenzsignal. Die zweite Bilderfassungseinheit ist ausgebildet, das emittierte Licht bzw. das Fluoreszenzsignal zu erfassen.
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Der Pflanzenbereich kann ein Erfassungsbereich bzw. ein erfasster Bildabschnitt der entsprechenden Bilderfassungseinheit sein. Unter einer Pflanzenbildinformation kann ein Abbild bzw. eine (Bild-)Aufnahme verstanden werden, das/die optisch erfassbare Merkmale der Pflanze wiedergibt. Hierbei kann die Pflanzenbildinformation auch Informationen enthalten, die durch eine Ver- oder Bearbeitung des von den Bilderfassungseinheiten erfassten Abbildes der Pflanze erhalten wird.
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Der Schritt des Erfassens des zweiten Pflanzenbereiches kann im Wesentlichen zeitgleich mit oder nach dem Schritt des Erfassens des ersten Pflanzenbereiches durchgeführt werden.
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Im Schritt des Bestrahlens bzw. des Beleuchtens des fluoreszierenden molekularen Markers wird die den fluoreszierenden molekularen Marker aufweisenden Pflanze mit einer eine Strahlung bzw. einem Licht in einem entsprechenden Anregungsspektrum bestrahlt bzw. beleuchtet. D.h., mit anderen Worten, dass die Bestrahlung bzw. die Beleuchtung auf das relevante Anregungsspektrum des fluoreszierenden molekularen Markers abgestimmt ist. Hierbei wird bevorzugt der gesamte erste und/oder zweite Pflanzenbereich bestrahlt bzw. beleuchtet.
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Die Beleuchtungseinheit ist ausgebildet, die den fluoreszierenden molekularen Marker aufweisenden Pflanze in dem für das fluoreszierende Protein relevanten Anregungsspektrum zu bestrahlen bzw. zu beleuchten. Die Beleuchtungseinheit umfasst hierfür zumindest eine Lichteinheit, bevorzugt eine Vielzahl von Lichteinheiten. Hierbei kann die Lichteinheit eine breitbandige Lichteinheit, wie bspw. eine Gas-Entladungslampe sein. Für diesen Fall weist die Beleuchtungseinheit bevorzugt einen zur Anregung des fluoreszierenden molekularen Markers und ggf. des weiteren fluoreszierenden molekularen Markers angepassten, insbesondere schmalbandigen Anregungsfilter auf. Die Lichteinheit kann jedoch auch eine schmalbandige Lichteinheit, wie bspw. eine farbige LED oder ein Laser sein.
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Die Kennzeichnungseinheit weist bevorzugt zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten und/oder zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen von Daten, insbesondere zum Empfangen von Bildinformationen und zum Ausgeben von Daten auf. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten bspw. elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann. Im Schritt des Kennzeichnens wird bevorzugt die erste Pflanzenbildinformation mit der zweiten Pflanzenbildinformation verglichen bzw. übereinandergelegt/ überlagert, um die Pflanze und ggf. die weitere Pflanze in der ersten Pflanzenbildinformation zu kennzeichnen. Alternativ oder zusätzlich werden im Schritt des Kennzeichnens bevorzugt Informationen aus der zweiten Pflanzenbildinformation in Bezug auf das emittierte Licht und ggf. das weitere emittierte Licht in die erste Pflanzenbildinformation aufgenommen, um die Pflanze und ggf. die weitere Pflanze in der ersten Pflanzenbildinformation zu kennzeichnen.
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Das Verfahren kann ferner einen Schritt des Speicherns der gekennzeichneten Pflanzenbildinformation und/oder einen Schritt des Ausgebens der gekennzeichneten Pflanzenbildinformation an ein Informationssystem umfassen. Das Verfahren kann außerdem einen Schritt des Ansteuerns der Erfassungsvorrichtung und/oder einer Vorrichtung zu landwirtschaftlichen Zwecken, bspw. einer landwirtschaftlichen Spritzvorrichtung in Abhängigkeit von der gekennzeichneten Pflanzenbildinformation umfassen. Hierbei kann im Schritt des Steuerns bspw. eine Ausbringeinheit bzw. eine Spritzeinheit und/oder ein Motor der Erfassungsvorrichtung bzw. Vorrichtung in Abhängigkeit von der gekennzeichneten ersten Pflanzenbildinformation angesteuert werden.
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Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht eine einfache, effiziente und qualitativ definierte Erzeugung von Trainingsdaten, insbesondere für tiefe neuronale Netze zur Erkennung und Identifikation von Pflanzen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden, bei denen ein menschlicher Operator die letzte Entscheidung über die Segmentierung treffen muss und der erforderliche Einsatz proportional zur Größe des Datensatzes ist, ermöglicht das vorgeschlagene Verfahren die Übertragung dieser Aufgabe auf eine technische Anordnung, die lediglich einen initialen Aufwand erfordert und somit bei großen Datensätzen signifikante Vorteile erbringt. Des Weiteren wird die Unsicherheit der menschlichen Entscheidung, die lediglich auf Basis der zu segmentierenden Bilddaten getroffen wird, durch eine absolute Messung ersetzt.
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Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass die Kennzeichnung der Pflanze unter Verwendung der zweiten Pflanzenbildinformation mit dem emittierten Licht erfolgt. D.h., mit anderen Worten, dass neben der ohnehin zu erzeugenden Pflanzenbildinformation eine zweite Pflanzenbildinformation erzeugt wird, bei der die Pflanze mit Licht zur Anregung des fluoreszierenden Markers bestrahlt wird. Die zweite Pflanzenbildinformation wird dann zumindest in dem Spektralbereich der Emission des fluoreszierenden Markers erzeugt. Werden die beiden Pflanzenbildinformationen miteinander verglichen bzw. übereinandergelegt/ überlagert, so liegt die Trennung von Pflanze zu Boden vor. Dies kann auf die Trennung von verschiedenen Pflanzenarten bzw. Pflanzen-Instanzen erweitert werden, indem unterschiedliche fluoreszierende Emissions- und Anregungswellenlängen verwendet werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn die erste Bilderfassungseinheit und die zweite Bilderfassungseinheit jeweils mehrere Farbkanäle aufweisen und zumindest einer der Farbkanäle, welcher von der zweiten Bilderfassungseinheit zum Erfassen des emittierten Lichts und ggf. des weiteren emittierten Lichts unbenutzt ist, zum Vergleichen der ersten Pflanzenbildinformation mit der zweiten Pflanzenbildinformation verwendet wird. Hierbei können die Bilderfassungseinheiten bspw. Multispektralkameras oder RGB-Kameras umfassen bzw. sein, wobei die in der zweiten Bilderfassungseinheit nicht zum Erfassen des zweiten Pflanzenbereiches bzw. des emittierten Lichts/ Fluoreszenzsignals eingesetzten Kanäle zur Überlagerung mit der ersten Pflanzenbildinformation genutzt werden. Hierdurch ist es möglich, zeitlich und räumlich getrennte Pflanzenbildinformationen bzw. (Bild-)Aufnahmen zu erzeugen, sodass die für die zweite Pflanzenbildinformation erforderliche Strahlung bzw. Beleuchtung im Anregungsspektrum nicht von der ersten Bilderfassungseinheit erfasst wird. Demnach können der Schritt des Erfassens des ersten Pflanzenbereiches und der Schritt des Erfassens des zweiten Pflanzenbereiches zu unterschiedlichen Zeitpunkten durchgeführt werden, wobei der erste Pflanzenbereich von dem zweiten Pflanzenbereich verschieden sein kann.
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Es ist ferner vorteilhaft, wenn in der ersten Pflanzenbildinformation der spektrale Emissionsbereich des emittierten Lichts und ggf. des weiteren emittierten Lichts unerfasst bleibt. D.h., mit anderen Worten, dass der für die Anregung bzw. Fluoreszenz erforderliche Spektralbereich in der ersten Pflanzenbildinformation nicht benötigt und somit nicht erfasst wird. Hierdurch können erste und die zweite Pflanzenbildinformation mit derselben Bilderfassungseinheit erzeugt werden.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der zweite Pflanzenbereich von der zweiten Bilderfassungseinheit unter Verwendung eines Strahlteilers erfasst wird. Der Strahlteiler kann bspw. ein Prisma oder ein teildurchlässiger Spiegel sein. Hierbei ist der Strahlteiler ausgebildet, das einfallende Licht auf die beiden Bilderfassungseinheiten aufzuteilen. Der Lichtpfad zu der ersten Bilderfassungseinheit kann hierbei derart ausgebildet sein, dass das Licht unverändert die erste Bilderfassungseinheit erreicht, während der Lichtpfad zu der zweiten Bilderfassungseinheit den auf das emittierte Licht abgestimmten Emissionsfilter aufweist. Somit erfasst die erste Bilderfassungseinheit die Pflanze als solche, wohingegen die zweite Bilderfassungseinheit (nur) das von dem fluoreszierenden molekularen Marker bzw. von der Pflanze emittierte Licht bzw. das Fluoreszenzsignal erfasst. Hierdurch können der Schritt des Erfassens des ersten Pflanzenbereiches und der Schritt des Erfassens des zweiten Pflanzenbereiches im Wesentlichen zeitgleich (mittels zeitgleich getriggerter Bilderfassungseinheiten) durchgeführt werden, wobei der erste Pflanzenbereich und der zweite Pflanzenbereich im Wesentlichen derselbe Pflanzenbereich ist bzw. deckungsgleich sind.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn der erste Pflanzenbereich und der zweite Pflanzenbereich im Wesentlichen derselbe Pflanzenbereich ist, also deckungsgleich sind, oder der erste Pflanzenbereich und der zweite Pflanzenbereich unterschiedlich sind und im Schritt des Kennzeichnens ein geometrischer Abgleich der ersten Pflanzenbildinformation und der zweiten Pflanzenbildinformation erfolgt. Hierdurch können der Schritt des Erfassens des ersten Pflanzenbereiches und der Schritt des Erfassens des zweiten Pflanzenbereiches im Wesentlichen zeitgleich (mittels zeitgleich getriggerter Bilderfassungseinheiten) durchgeführt werden, wobei der erste Pflanzenbereich von dem zweiten Pflanzenbereich verschieden ist, sodass die Bilderfassungseinheiten zueinander versetzt, bspw. nebeneinander angeordnet sein können. Ein Vergleich bzw. eine Überlagerung der beiden Pflanzenbildinformation kann durch bekannte Methoden der Bildverarbeitung erfolgen (z.B. Blockmatching).
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Vorteilhaft ist es auch, wenn das Verfahren bei geringer Sonnenstrahlung auf die Pflanzenbereiche, insbesondere bei Dunkelheit auf einem freien Feld, durchgeführt wird. Hierbei kann die Sonneneinstrahlung auf die Pflanzenbereiche auch mittels einer Einheit zur Abschirmung des natürlichen Lichts reduziert werden. Durch diese Maßnahme kann der Signal-Rauschabstand beim Erfassen des zweiten Pflanzenbereiches erhöht werden.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer mobilen Einheit mit einer Vielzahl von Erfassungsvorrichtungen;
- 2 eine Detailansicht einer Erfassungsvorrichtung zum Erfassen von Pflanzenbildinformationen; und
- 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung der Elemente verzichtet wird.
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In 1 ist eine schematische Darstellung einer mobilen Einheit mit einer Erfassungsvorrichtung 10 dargestellt.
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Die mobile Einheit ist als mobiles Landfahrzeug 12 ausgebildet. Das mobile Landfahrzeug 12 weist ein Gestänge 14 auf, an dem die Erfassungsvorrichtung 10 angeordnet ist.
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Die Erfassungsvorrichtung 10 weist eine Vielzahl von ersten Bilderfassungseinheiten 16 zum Erfassen eines jeweiligen ersten Pflanzenbereiches 18 auf, um eine jeweilige erste Pflanzenbildinformation zu erhalten. Die Erfassungsvorrichtung 10 weist ferner eine Vielzahl von zweiten Bilderfassungseinheiten 20 zum Erfassen eines jeweiligen zweiten Pflanzenbereiches 22 auf, um eine jeweilige zweite Pflanzenbildinformation zu erhalten. Hierbei ist jeweils einer ersten Bilderfassungseinheit 16 eine zweite Bilderfassungseinheit 20 zugeordnet. In dem jeweiligen ersten Pflanzenbereich 18 und in dem jeweiligen zweiten Pflanzenbereich 22 ist dieselbe Pflanze 24 angeordnet. Die Pflanze 24 weist hierbei einen fluoreszierenden molekularen Marker auf.
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Die Erfassungsvorrichtung 10 weist außerdem eine Vielzahl von Beleuchtungseinheiten 26 zum Bestrahlen der jeweiligen Pflanze 24 bzw. des fluoreszierenden molekularen Markers auf. Hierbei ist jeder Gruppe aus erster und zweiter Bilderfassungseinheit 16, 20 jeweils eine Beleuchtungseinheit 26 zugeordnet. Die Bestrahlung erfolgt derart, dass der fluoreszierende molekulare Marker ein für die zweite Bilderfassungseinheit 20 erfassbares Licht emittiert, so dass die zweite Pflanzenbildinformation das emittierte Licht enthält.
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Die Erfassungsvorrichtung 10 weist des Weiteren eine Kennzeichnungseinheit 28 zum Kennzeichnen der Pflanze 24 in der ersten Pflanzenbildinformation unter Verwendung der zweiten Pflanzenbildinformation mit dem emittierten Licht auf. Hierbei ist die Kennzeichnungseinheit 28 ausgebildet die erste Pflanzenbildinformation mit der zweiten Pflanzenbildinformation zu vergleichen bzw. zu überlagern, um die Pflanze 24 in der ersten Pflanzenbildinformation zu kennzeichnen.
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2 zeigt eine Detailansicht einer Erfassungsvorrichtung 10 zum Erfassen von Pflanzenbildinformationen, wobei nur eine Gruppe aus erster und zweiter Bilderfassungseinheit 16, 20 sowie Beleuchtungseinheit 26 gezeigt ist. Anders als im Ausführungsbeispiel aus 1, weist die Erfassungsvorrichtung 10 außerdem eine Vielzahl von Strahlteilern 30 auf. Wie in 2 dargestellt, ist hierbei jede Gruppe aus erster und zweiter Bilderfassungseinheit 16, 20 sowie Beleuchtungseinheit 26 jeweils ein Strahlenteiler 30 zugeordnet. Der Strahlteiler 30 ist als teildurchlässiger Spiegel 30 ausgebildet, welcher das einfallende Licht auf die beiden Bilderfassungseinheiten 16, 20 aufteilt. Demzufolge ist der erste Pflanzenbereich 18 und der zweite Pflanzenbereich 22 derselbe Pflanzenbereich 18, 22, d.h. deckungsgleich sind. Um das von dem fluoreszierenden molekularen Marker emittierte Licht zu erfassen, weist die zweite Bilderfassungseinheit 20 einen auf das emittierte Licht abgestimmten Emissionsfilter 32 auf. Somit erfasst die erste Bilderfassungseinheit 16 die Pflanze 24 als solche, wohingegen die zweite Bilderfassungseinheit (nur) das von dem fluoreszierenden molekularen Marker bzw. der Pflanze 24 emittierte Licht bzw. das Fluoreszenzsignal erfasst. Indem die beiden Bilderfassungseinheiten 16, 20 zeitgleich getriggert werden, können räumlich und zeitlich gleiche Pflanzenbildinformationen erzeugt werden.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 zum Kennzeichnen von Pflanzenbildinformationen, insbesondere für landwirtschaftliche Zwecke. Das Verfahren 100 umfasst einen Schritt des Erfassens 102 eines ersten Pflanzenbereiches 18 mit einer einen fluoreszierenden molekularen Marker aufweisenden Pflanze 24 mittels einer ersten Bilderfassungseinheit 16, um eine erste Pflanzenbildinformation zu erhalten. Das Verfahren 100 umfasst ferner einen Schritt des Bestrahlens 104 des fluoreszierenden molekularen Markers mittels einer Beleuchtungseinheit 26 derart, dass der fluoreszierende molekulare Marker ein erfassbares Licht emittiert. Das Verfahren 100 umfasst außerdem einen Schritt des Erfassens 106 eines zweiten Pflanzenbereiches 22 mit derselben den fluoreszierenden molekularen Marker aufweisenden Pflanze 24 mittels einer zweiten Bilderfassungseinheit 20, um eine zweite Pflanzenbildinformation mit dem emittierten Licht zu erhalten. Das Verfahren 100 umfasst des Weiteren einen Schritt des Kennzeichnens 108 der Pflanze 24 in der ersten Pflanzenbildinformation unter Verwendung der zweiten Pflanzenbildinformation mit dem emittierten Licht mittels einer Kennzeichnungseinheit 28.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 9627675 A1 [0005]
- DE 102016203850 [0018]
- DE 102017204650 [0018]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Allison R. Kermode. Molecular Pharming: Applications, Challenges and Emerging Areas, chapter 10 Molecular Pharming: Plant-Made Vaccines, page 231ff. Wiley, 2018. [0004]
- ladimir A. Sidorov, Daniel Kasten, Sheng-Zhi Pang, Peter T. J. Hajdukiewicz, and Narender S. Staub, Jeffrey M.and Nehra. Stable chloroplast transformation in potato: use of green fluorescent protein as a plastid marker. The Plant Journal, 19(2): 209-216, 2002 [0004]
- Henry Daniell, Shashi Kumar, and Nathalie Dufourman- tel. Breakthrough in chloroplast genetic engineering of agronomically important crops. Trends in Biotechnology, 23(5): 238-245, 2005 [0004]
