Untersuchungen zur Laserlichtwirkung auf der Basis von Bildanalysen auf juvenile Pflanzen zur Unkrautregulierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stephan Barcikowski, seit 8/2010; Professor Dr. Thomas Rath
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 148337920

Nicht-chemische Unkrautbekämpfung ist wesentliches Ziel ökologischer und nachhaltiger Pflanzenproduktion. Eine zukünftige Möglichkeit könnte die gezielte Bekämpfung von Unkräutern mit Hilfe der Lasertechnologie sein. Ziel des beantragten Vorhabens ist es, Kenntnisse zur Laserapplikation im Unkrautmanagement zu vertiefen. Die Grundlage bilden die vielversprechenden Ergebnisse der ersten Projektphase. Nach Erarbeitung eines Schädigungsmodells in Abhängigkeit lasertechnischer und pflanzenbaulicher Parameter konnte ein Bildanalysesystem entwickelt werden. Somit konnten die optimalen Zielpunkte einer Laserbehandlung bestimmt und der Laserstrahl entsprechend positioniert werden. Im laufenden Versuchsbetrieb werden derzeit die Applikationsgrenzwerte hinsichtlich Unkrautdichte und Arbeitsgeschwindigkeit eruiert. Der Schwerpunkt des Fortsetzungsantrags liegt daher in der Übertragung der Applikation auf komplexe Bedingungen. Die Bilderfassung und -verarbeitung sowie die Laserstrahlpositionierung werden bei Umgebungsdynamisierung optimiert, wobei Verkippungen bzw. Vibrationen berücksichtigt werden.Diese Verbesserung hat eine zuverlässige und schnelle Erkennung von Unkrautpflanzen zwischen und in Pflanzreihen zum Ziel. Die Separationsgüte wird dabei sowohl bei Überlappungen als auch bei diversen Arten und Wuchsgrößen untersucht. Hierfür sind Erhebungen hinsichtlich realer Verunkrautungssituationen erforderlich, woraus sich Lerndatensätze zu einzelnen Unkrautarten bzgl. morphologischer Charakteristika in frühen Wuchsstadien abbilden. Daraufhin werden spezifische Active-Shape-Models konstruiert, die basierend auf Analyse der Blattform und -stellung eine ideale Zielanvisierung nahe dem Meristem ermöglichen. Die Einbeziehung von Höheninformationen mittels 3D-Kamera ist vorteilhaft, wobei jedoch der Einfluss der Spezifikation näher untersucht werden soll. Die Klassifizierung erkannter Pflanzen wird optimiert, um Zeitverluste für die abgeleitete Laserstrahlpositionierung zu minimieren.Die Zielanvisierung basiert dabei auf Globalkoordinaten, auf die sowohl die Kamera als auch das Spiegelsystem zur Laserstrahlpositionierung kalibriert werden. Im Gegensatz zu kontrollierten Laborbedingungen wird der Laserbearbeitungskopf bei rauen Umgebungsbedingungen jedoch weit vom Boden entfernt positioniert. Hinsichtlich der Winkelauflösung der Stellmotoren wird eine räumliche Korrekturmatrix erstellt. Die Entwicklung einer Nachführung der Zielpositionen während der Fahrbewegung ermöglicht Bestrahlungen on-the-fly mit adaptierten Bestrahlungsdauern.Nach Montage des Systems auf eine fahrbare Plattform treten noch komplexere Fahrereignisse auf. Dazu gehören neben Vibrationen auch Verkippungen und Drifte. Diese sollen parallel zur Weiterfahrt in Positionierungskorrekturen berücksichtigt werden, um Fehltreffer zu vermeiden. Die Ausgleichskorrekturen sollen durch entsprechende Lagerung der Anbauten sowie mit Lage- und Beschleunigungssensoren unterstützt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr.-Ing. Heinz Haferkamp (†)
• Ehemaliger Antragsteller: Dr.-Ing. Dirk Herzog, bis 7/2010