18 research outputs found

    Latent Dirichlet Allocation Uncovers Spectral Characteristics of Drought Stressed Plants

    Full text link
    Understanding the adaptation process of plants to drought stress is essential in improving management practices, breeding strategies as well as engineering viable crops for a sustainable agriculture in the coming decades. Hyper-spectral imaging provides a particularly promising approach to gain such understanding since it allows to discover non-destructively spectral characteristics of plants governed primarily by scattering and absorption characteristics of the leaf internal structure and biochemical constituents. Several drought stress indices have been derived using hyper-spectral imaging. However, they are typically based on few hyper-spectral images only, rely on interpretations of experts, and consider few wavelengths only. In this study, we present the first data-driven approach to discovering spectral drought stress indices, treating it as an unsupervised labeling problem at massive scale. To make use of short range dependencies of spectral wavelengths, we develop an online variational Bayes algorithm for latent Dirichlet allocation with convolved Dirichlet regularizer. This approach scales to massive datasets and, hence, provides a more objective complement to plant physiological practices. The spectral topics found conform to plant physiological knowledge and can be computed in a fraction of the time compared to existing LDA approaches.Comment: Appears in Proceedings of the Twenty-Eighth Conference on Uncertainty in Artificial Intelligence (UAI2012

    Potentiale von Laserscannern zur Phänotypisierung von Pflanzen für den Einsatz im Hochdurchsatz-Screening

    Get PDF
    Die Züchtung hochertragreicher Pflanzen ist von essentieller Wichtigkeit für die Ernährung der Weltbevölkerung. Diese Züchtung geht einher mit einer genauen Analyse der Interaktion zwischen pflanzlichem Genom und Umwelteinflüssen, die gemeinsam den Phänotyp der Pflanze bilden. Phänotypisierung beschreibt den Vorgang der Vermessung, um die Größe von Pflanzen, Wachstum, Leistungsfähigkeit, Architektur und Zusammensetzung mit einer bestimmten Genauigkeit in verschiedenen Skalen mit verschiedenen Sensoren, vom Organ bis hin zum Bestand zu bestimmen. Ein neuer Sensor in diesem Feld ist der Laserscanner. Durch Laserscanning lässt sich die dreidimensionale Geometrie der Pflanzenoberfläche vermessen. Das Ergebnis ist eine punktweise Beschreibung der 3D-Koordinaten auf der Oberfläche. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Genauigkeit der Lasermessungen mit konventionellen Methoden zur Vermessung von Pflanzen verglichen. In verschiedenen Experimenten wurde die Anwendbarkeit des Sensors für die Verfolgung von Wachstum auf Pflanzen und Organebene gezeigt. Die Messung von Wachstum bedarf wiederholter Messungen in kurzen zeitlichen Abständen. Diese Messungen mit hohem Durchsatz erzeugen sehr große Datenmengen. Dabei ist die manuelle Auswertung zeit- und kostenintensiv. Durch Entwicklung einer Auswertemethode auf Grundlage von punktweisen Oberflächenmerkmalen und Support Vector Machines konnte die Segmentierung und Parametrisierung der Organe automatisiert werden. Dabei wurden verschiedene Auflösungen der Punktwolke getestet um eine sensorunabhängige Anwendbarkeit des Algorithmus zu gewährleisten. Das benutzte Lasertriangulations-verfahren beruht auf der Emittierung einer Laserlinie und der Aufnahme der Reflektion durch eine Kamera. Dies ermöglicht die Ableitung dreidimensionaler Informationen. Die Genauigkeit dieser Messung hängt unter anderem von der Interaktion des Laserstrahls mit dem pflanzlichen Gewebe ab. In verschiedenen Experimenten wurde die Interaktion mit Chlorophyll, das Eindringverhalten in die Epidermis, der Einfluss des physiologischen Stadiums, sowie die Interaktion mit Pflanzenkrankheiten (Mehltau) erörtert und quantifiziert. Das im Rahmen dieser Arbeit benutzte Lasermesssystem setzt sehr hohe Investitionskosten voraus. Daher wurden zwei alternative Low-Cost 3D-Messsysteme evaluiert. Diese Evaluierung erfolgte durch die Vermessung hochpräziser Testobjekte, sowie durch die Messung und Ableitung von phänotypischen Parametern an Getreide- und Rübenpflanzen. Es wurde deutlich, dass sich das investitionsintensive Messsystem je nach fokussiertem Parameter durch ein Low-Cost Systems ersetzen lässt. Diese Arbeit und die begleitenden Publikationen führen das Laserscanning als hochgenaues Werkzeug zur Ableitung phänotypischer Parameter bei Pflanzen ein. Die Anwendbarkeit als Ersatz zu konventionellen Messmethoden wurde gezeigt. Weiterhin wurden Methoden zur automatisierten Ableitung phänotypisch wichtiger Parameter entwickelt und evaluiert. Die Interaktion zwischen Laserstrahl und pflanzlicher Oberfläche wurde untersucht und quantifiziert. Abschließend wurden Low-Cost Systeme als Ersatz für das benutzte investitionsintensive Industriemesssystem untersucht. Laserscanning stellt ein effizientes, genaues und evaluiertes Messsystem dar, welches die Anforderungen zur Phänotypisierung von Pflanzen erfüllt und zur Bearbeitung phänotypischer Aufgaben benutzt werden kann.Potential of laserscanners for plant phenotyping for use in high-throughput screening Breeding of plants with high yield is essential for feeding future world population. Thus, breeding comes together with a detailed analysis of the interaction between plant genotype and environmental influences, which creates the plant phenotype. Phenotyping describes the act of measuring the plant to derive a measurement for size, growth, fitness, architecture and composition according to a specific accuracy at different scales with different sensors from the organ to the plot. A new sensor, the laserscanner, has been introduced in the field of plant phenotyping. Using laserscanning the three dimensional geometry of the plant surface can be measured. The result is a pointwise description of the 3D-coordinate of the surface. One part of this work is the comparison of the accuracy of the laserscanner with conventional measuring techniques. Applicability has been shown for tracking of growth on plant and organ level. Measuring of growth requires repeated measurements at short time intervals. This high throughput measuring generates huge amounts of data. Manual analysis is time intensive and costly. By developing an analysis method using pointwise surface features and support vector machines the process of segmentation and parameterization of plant organs could be automated. Different scan resolutions have been tested to proof a sensor independent usability. The technique of laser triangulation uses an emitted laser line and the recording of its reflection by a camera. This enables the derivation of three dimensional information (laser triangulation). The accuracy of this measurement is affected by the interaction between laser ray and plant tissue. Different experiments show and quantify the interaction with chlorophyll, the penetration of the laser into the epidermis layer, the influence of the physiological state of the plant as well as the interaction with plant diseases (mildew). The used laserscanning system requires high invocation cost. Therefore alternative low-cost methods have been evaluated. This evaluation was performed by measuring highly accurate test specimen, as well as measuring and derivation of phenotypic parameters from cereal and sugar beet plants. It was shown that an expensive measuring system could be replaced, depending on the focused parameter, by a low-cost system. This work and accompanying publications introduce the laserscanner as a highly accurate tool for the derivation of phenotypic parameters from plants. The applicability as a replacement for conventional measuring systems has been shown. Furthermore, methods for the automated derivation of phenotypic parameters have been developed and evaluated. The interaction between laser ray and plant tissue has been evaluated and quantified. Finally low-cost sensors have been analyzed as an alternative for the expensive industrial measuring system. Thus, laserscanning depicts an efficient, accurate and evaluated measuring system that meets the requirements of plant phenotyping to solve phenotypic tasks

    Potentiale von Laserscannern zur Phänotypisierung von Pflanzen für den Einsatz im Hochdurchsatz-Screening

    Get PDF
    Die Züchtung hochertragreicher Pflanzen ist von essentieller Wichtigkeit für die Ernährung der Weltbevölkerung. Diese Züchtung geht einher mit einer genauen Analyse der Interaktion zwischen pflanzlichem Genom und Umwelteinflüssen, die gemeinsam den Phänotyp der Pflanze bilden. Phänotypisierung beschreibt den Vorgang der Vermessung, um die Größe von Pflanzen, Wachstum, Leistungsfähigkeit, Architektur und Zusammensetzung mit einer bestimmten Genauigkeit in verschiedenen Skalen mit verschiedenen Sensoren, vom Organ bis hin zum Bestand zu bestimmen. Ein neuer Sensor in diesem Feld ist der Laserscanner. Durch Laserscanning lässt sich die dreidimensionale Geometrie der Pflanzenoberfläche vermessen. Das Ergebnis ist eine punktweise Beschreibung der 3D-Koordinaten auf der Oberfläche. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Genauigkeit der Lasermessungen mit konventionellen Methoden zur Vermessung von Pflanzen verglichen. In verschiedenen Experimenten wurde die Anwendbarkeit des Sensors für die Verfolgung von Wachstum auf Pflanzen und Organebene gezeigt. Die Messung von Wachstum bedarf wiederholter Messungen in kurzen zeitlichen Abständen. Diese Messungen mit hohem Durchsatz erzeugen sehr große Datenmengen. Dabei ist die manuelle Auswertung zeit- und kostenintensiv. Durch Entwicklung einer Auswertemethode auf Grundlage von punktweisen Oberflächenmerkmalen und Support Vector Machines konnte die Segmentierung und Parametrisierung der Organe automatisiert werden. Dabei wurden verschiedene Auflösungen der Punktwolke getestet um eine sensorunabhängige Anwendbarkeit des Algorithmus zu gewährleisten. Das benutzte Lasertriangulations-verfahren beruht auf der Emittierung einer Laserlinie und der Aufnahme der Reflektion durch eine Kamera. Dies ermöglicht die Ableitung dreidimensionaler Informationen. Die Genauigkeit dieser Messung hängt unter anderem von der Interaktion des Laserstrahls mit dem pflanzlichen Gewebe ab. In verschiedenen Experimenten wurde die Interaktion mit Chlorophyll, das Eindringverhalten in die Epidermis, der Einfluss des physiologischen Stadiums, sowie die Interaktion mit Pflanzenkrankheiten (Mehltau) erörtert und quantifiziert. Das im Rahmen dieser Arbeit benutzte Lasermesssystem setzt sehr hohe Investitionskosten voraus. Daher wurden zwei alternative Low-Cost 3D-Messsysteme evaluiert. Diese Evaluierung erfolgte durch die Vermessung hochpräziser Testobjekte, sowie durch die Messung und Ableitung von phänotypischen Parametern an Getreide- und Rübenpflanzen. Es wurde deutlich, dass sich das investitionsintensive Messsystem je nach fokussiertem Parameter durch ein Low-Cost Systems ersetzen lässt. Diese Arbeit und die begleitenden Publikationen führen das Laserscanning als hochgenaues Werkzeug zur Ableitung phänotypischer Parameter bei Pflanzen ein. Die Anwendbarkeit als Ersatz zu konventionellen Messmethoden wurde gezeigt. Weiterhin wurden Methoden zur automatisierten Ableitung phänotypisch wichtiger Parameter entwickelt und evaluiert. Die Interaktion zwischen Laserstrahl und pflanzlicher Oberfläche wurde untersucht und quantifiziert. Abschließend wurden Low-Cost Systeme als Ersatz für das benutzte investitionsintensive Industriemesssystem untersucht. Laserscanning stellt ein effizientes, genaues und evaluiertes Messsystem dar, welches die Anforderungen zur Phänotypisierung von Pflanzen erfüllt und zur Bearbeitung phänotypischer Aufgaben benutzt werden kann.Potential of laserscanners for plant phenotyping for use in high-throughput screening Breeding of plants with high yield is essential for feeding future world population. Thus, breeding comes together with a detailed analysis of the interaction between plant genotype and environmental influences, which creates the plant phenotype. Phenotyping describes the act of measuring the plant to derive a measurement for size, growth, fitness, architecture and composition according to a specific accuracy at different scales with different sensors from the organ to the plot. A new sensor, the laserscanner, has been introduced in the field of plant phenotyping. Using laserscanning the three dimensional geometry of the plant surface can be measured. The result is a pointwise description of the 3D-coordinate of the surface. One part of this work is the comparison of the accuracy of the laserscanner with conventional measuring techniques. Applicability has been shown for tracking of growth on plant and organ level. Measuring of growth requires repeated measurements at short time intervals. This high throughput measuring generates huge amounts of data. Manual analysis is time intensive and costly. By developing an analysis method using pointwise surface features and support vector machines the process of segmentation and parameterization of plant organs could be automated. Different scan resolutions have been tested to proof a sensor independent usability. The technique of laser triangulation uses an emitted laser line and the recording of its reflection by a camera. This enables the derivation of three dimensional information (laser triangulation). The accuracy of this measurement is affected by the interaction between laser ray and plant tissue. Different experiments show and quantify the interaction with chlorophyll, the penetration of the laser into the epidermis layer, the influence of the physiological state of the plant as well as the interaction with plant diseases (mildew). The used laserscanning system requires high invocation cost. Therefore alternative low-cost methods have been evaluated. This evaluation was performed by measuring highly accurate test specimen, as well as measuring and derivation of phenotypic parameters from cereal and sugar beet plants. It was shown that an expensive measuring system could be replaced, depending on the focused parameter, by a low-cost system. This work and accompanying publications introduce the laserscanner as a highly accurate tool for the derivation of phenotypic parameters from plants. The applicability as a replacement for conventional measuring systems has been shown. Furthermore, methods for the automated derivation of phenotypic parameters have been developed and evaluated. The interaction between laser ray and plant tissue has been evaluated and quantified. Finally low-cost sensors have been analyzed as an alternative for the expensive industrial measuring system. Thus, laserscanning depicts an efficient, accurate and evaluated measuring system that meets the requirements of plant phenotyping to solve phenotypic tasks

    On Measuring Social Dynamics of Online Social Media

    No full text
    Due to the complex nature of human behaviour and to our inability to directly measure thoughts and feelings, social psychology has long struggled for empirical grounding for its theories and models. Traditional techniques involving groups of people in controlled environments are limited to small numbers and may not be a good analogue for real social interactions in natural settings due to their controlled and artificial nature. Their application as a foundation for simulation of social processes suffers similarly. The proliferation of online social media offers new opportunities to observe social phenomena “in the wild” that have only just begun to be realised. To date, analysis of social media data has been largely focussed on specific, commercially relevant goals (such as sentiment analysis) that are of limited use to social psychology, and the dynamics critical to an understanding of social processes is rarely addressed or even present in collected data. This thesis addresses such shortfalls by: (i) presenting a novel data collection strategy and system for rich dynamic data from communities operating on Twitter; (ii) a data set encompassing longitudinal dynamic information over two and a half years from the online pro-ana (pro-anorexia) movement; and (iii) two approaches to identifying active social psychological processes in collections of online text and network metadata: an approach linking traditional psychometric studies with topic models and an algorithm combining community detection in user networks with topic models of the social media text they generate, enabling identification of community specific topic usage

    Dipterocarps protected by Jering local wisdom in Jering Menduyung Nature Recreational Park, Bangka Island, Indonesia

    Get PDF
    Apart of the oil palm plantation expansion, the Jering Menduyung Nature Recreational Park has relatively diverse plants. The 3,538 ha park is located at the north west of Bangka Island, Indonesia. The minimum species-area curve was 0.82 ha which is just below Dalil conservation forest that is 1.2 ha, but it is much higher than measurements of several secondary forests in the Island that are 0.2 ha. The plot is inhabited by more than 50 plant species. Of 22 tree species, there are 40 individual poles with the average diameter of 15.3 cm, and 64 individual trees with the average diameter of 48.9 cm. The density of Dipterocarpus grandiflorus (Blanco) Blanco or kruing, is 20.7 individual/ha with the diameter ranges of 12.1 – 212.7 cm or with the average diameter of 69.0 cm. The relatively intact park is supported by the local wisdom of Jering tribe, one of indigenous tribes in the island. People has regulated in cutting trees especially in the cape. The conservation agency designates the park as one of the kruing propagules sources in the province. The growing oil palm plantation and the less adoption of local wisdom among the youth is a challenge to forest conservation in the province where tin mining activities have been the economic driver for decades. More socialization from the conservation agency and the involvement of university students in raising environmental awareness is important to be done

    NOTIFICATION !!!

    Get PDF
    All the content of this special edition is retrieved from the conference proceedings published by the European Scientific Institute, ESI. http://eujournal.org/index.php/esj/pages/view/books The European Scientific Journal, ESJ, after approval from the publisher re publishes the papers in a Special edition

    NOTIFICATION !!!

    Get PDF
    All the content of this special edition is retrieved from the conference proceedings published by the European Scientific Institute, ESI. http://eujournal.org/index.php/esj/pages/view/books The European Scientific Journal, ESJ, after approval from the publisher re publishes the papers in a Special edition

    NOTIFICATION !!!

    Get PDF
    All the content of this special edition is retrieved from the conference proceedings published by the European Scientific Institute, ESI. http://eujournal.org/index.php/esj/pages/view/books The European Scientific Journal, ESJ, after approval from the publisher re publishes the papers in a Special edition

    NOTIFICATION !!!

    Get PDF
    All the content of this special edition is retrieved from the conference proceedings published by the European Scientific Institute, ESI. http://eujournal.org/index.php/esj/pages/view/books The European Scientific Journal, ESJ, after approval from the publisher re publishes the papers in a Special edition
    corecore