60 research outputs found

    Automatisierte Unkrauterkennung auf dem Acker – Möglichkeiten und Grenzen

    Get PDF
    Unbemannte FluggerĂ€te, unmanned aerial vehicles (UAV), sind inzwischen allgegenwĂ€rtig genutzte Werkzeuge, um hochauflösende rĂ€umliche Informationen landwirtschaftlicher KulturflĂ€chen zu generieren. Ihr Einsatz zur Vegetations-Naherkundung eröffnet dabei eine Reihe an Möglichkeiten, die im Bereich des teilflĂ€chenspezifischen Pflanzenschutzes kĂŒnftig eine wesentliche Rolle spielen werden. In einer zunehmend prĂ€zisierten Landwirtschaft steigt zudem das Interesse an innovativen Technologien und es ist erkennbar, dass sich der Fokus von der landwirtschaftlichen Forschung allmĂ€hlich in die praktische Anwendung verschiebt. Dies erfordert eine rasche und intensive Beurteilung von Möglichkeiten und Grenzen von UAV-gestĂŒtzten Verfahren.WĂ€hrend spektral auflösende Sensoren an UAV zur Kartierung des NĂ€hrstoff- oder Wasserbedarfs einer Kultur pro FlĂ€cheneinheit bereits eingesetzt werden, ist die bildgebende Erkennung von UnkrĂ€utern aus der Luft ungleich komplexer und daher bisher nicht praxisrelevant. Zum einen sind die spektralen Unterschiede zwischen UnkrĂ€utern und Kulturpflanzen zu gering fĂŒr eine sichere Unterscheidung und objektbasierte AnsĂ€tze separieren Pflanzen bisher weder artspezifisch noch sind sie ausreichend an morphologische VerĂ€nderungen innerhalb der Entwicklungsstadien angepasst. Zum anderen fehlen verlĂ€ssliche Lösungen fĂŒr eine stabile Kleinraumnavigation, wie sie fĂŒr eine optisch hinreichende Abbildungsleistung in konstanter niedriger Flughöhe bei unterschiedlichen GelĂ€ndeprofilen erforderlich ist.Zur AbschĂ€tzung der Möglichkeiten und Grenzen einer automatisierten Unkrauterkennung, hinsichtlich der notwendigen Abbildungsleistung als Voraussetzung fĂŒr eine automatisierte Unkrauterkennung, erfolgten MessflĂŒge mit einem Hexakopter in 5 m Flughöhe ĂŒber unterschiedlich verunkrauteten AckerflĂ€chen. Die Flughöhe wurde mittels GPS-gesteuerten Autopiloten gehalten. Luftbildaufnahmen erfolgten ĂŒber georeferenzierten Punkten an denen zeitgleich manuell bonitiert wurde. Die erforderliche optische Auflösung am Boden (mm/Pixel) wurde durch manuelle AuszĂ€hlung der UnkrĂ€uter am PC und Vergleich mit den Boniturdaten abgeschĂ€tzt. Automated weed detection in the field - possibilities and limitsUnmanned Aerial Vehicles (UAV) have become omnipresent and adequate tools to generate high-resolution spatial data of agricultural cropland. Their implementation into remote sensing approaches of weeds provides suitable applications for a site-specific herbicide management. In general, an increasingly use of innovative technologies gradually leads from agricultural research into the practical application. This requires an evaluation of possibilities and limits of UAV-based remote sensing procedures.While spectrals from UAVs are being used already for mapping needs of nutrient or water, the image supported weed detection is much more complex and at the moment not relevant in practice.In this regard, there is a lack of weed and crop differentiation through spectral analyses and object-based approaches separate different plants not species-specific or are not adapted to morphologic changes of the growth. Moreover, there is a need for alternative positioning techniques without GPS, as it is required for a precise optical imaging analysis at low altitudes.To evaluate the possibilities and limitations of automated weed identification regarding the optical and sampling requirements, flights were carried out with a hexacopter at an altitude of 5 m over agricultural crop land with variable weed patches. The altitude was controlled by the GPS-autopilot. Images were captured at geo-referenced points and the number of different weed species was simultaneously determined by manually counting. The required optical resolution on the ground was estimated by comparing the number of weeds between image analysis on the PC and with the field rating data

    Drone based weed monitoring with an image feature classifier

    Get PDF
    FĂŒr ein teilflĂ€chenspezifisches Unkrautmanagement sind Informationen ĂŒber die Anzahl und die Verteilung verschiedener Unkrautarten auf einer FlĂ€cheneinheit erforderlich. Ist diese Voraussetzung erfĂŒllt, kann die Applikation von Herbiziden hinsichtlich Aufwandmenge und Herbizidwahl an rĂ€umlich variable Unkrautsituationen landwirtschaftlicher FlĂ€chen angepasst werden. Neben einer online-Erfassung am Traktor oder Feldspritze werden kĂŒnftig autonom fliegende Sensorplattformen eingesetzt, deren hochauflösende Luftbildaufnahmen Basis sind fĂŒr die Generierung von artspezifischen Unkrautkarten. Damit wĂŒrden ausreichend Informationen zur VerfĂŒgung stehen, um Aufwandmengen fĂŒr Pflanzenschutzmittel bereits vor der Applikation exakt zu ermitteln und Restmengen zu reduzieren.FĂŒr die Unkrauterkennung selbst werden zunehmend Methoden des maschinellen Lernens adaptiert, die eine objektbasierte Klassifikation anhand eindeutiger Merkmale vieler Unkrautarten weiter voranbringt. WĂ€hrend spektral-optische Klassifikatoren bereits intensiv genutzt werden, um variable NĂ€hrstoff- und Wasserdefizite rĂ€umlich auflösen, hat die objektbasierte Klassifikation fĂŒr eine artspezifische Unterscheidung von LeitunkrĂ€utern ihr volles Potential bisher noch nicht erreicht.In der vorliegenden Studie wurde ein neuer Ansatz objekt-basierter Unkrauterkennung getestet. Die Klassifikation unterschiedlicher Pflanzenarten erfolgte mit dem Bag-of-visual-Word (BoVW) Ansatz auf der Basis hochauflösender Luftbildaufnahmen von autonomen Luftfahrtzeugen (UAV). BoVW ist ein objektbasierter Klassifizierer der bereits seit einiger Zeit in der landwirtschaftlichen Forschung diskutiert wird. Die Ergebnisse zeigen, dass der BoVW-Ansatz eine artspezifische Unterscheidung zwischen Matricaria recutita L. und Papaver rhoeas L. mit guter Erkennungsleistung ermöglicht, wenn parallel eine objekt-basierte Klassifizierung der Kulturpflanzen (Triticum aestivum L.) und Boden erfolgt. FĂŒr die Erstellung praxisrelevanter Unkrautkarten als Basis fĂŒr eine kĂŒnftige teilflĂ€chenspezifische Herbizidapplikation mĂŒssen noch weitere Unkrautarten in den Klassifikator integriert werden. Hierzu erfolgen derzeit weitere Untersuchungen.Site specific weed management needs detailed weed information down to the species level. Then herbicides can be used more specifically according to weed occurrence and their spatial distribution. The accurate identification of weeds is one of the major prerequisites to generate weed maps. Next to predominant implementations of online monitoring approaches on agricultural machinery, unmanned aerial vehicles (UAV) platforms will be used in future to generate weed maps of different species by using high-resolution imagery. While colour-based indices are already applied for mapping nutritional deficits or water deficiency, they have failed to identify different weed species. In contrast, object-based image analysis looks much more promising to separate plant characteristics by means of form and morphology yet are much more complex.This study proposes a new computer vision approach to discriminate weed species based on a bag-of-visualword (BoVW) framework using high resolution aerial images. BoVW is an object-based image classifier that has recently gained interest in agricultural research. In our trials this technology has been applied in laboratory tests and field trials for automatic weed sampling with digital cameras.The results showed that the BoVW model allows the discrimination between Matricaria recutita L., Triticum aestivum L., Papaver rhoeas L. and soil with good accuracy. For providing consistent weed maps in terms of precise herbicide applications in the future, the robustness of the classifier must be evaluated with more crops and weed species acknowledging the natural plant variability observed in the fields

    Monitoring Agronomic Parameters of Winter Wheat Crops with Low-Cost UAV Imagery

    Get PDF
    Monitoring the dynamics in wheat crops requires near-term observations with high spatial resolution due to the complex factors influencing wheat growth variability. We studied the prospects for monitoring the biophysical parameters and nitrogen status in wheat crops with low-cost imagery acquired from unmanned aerial vehicles (UAV) over an 11 ha field. Flight missions were conducted at approximately 50 m in altitude with a commercial copter and camera system—three missions were performed between booting and maturing of the wheat plants and one mission after tillage. Ultra-high resolution orthoimages of 1.2 cm·px−1 and surface models were generated for each mission from the standard red, green and blue (RGB) aerial images. The image variables were extracted from image tone and surface models, e.g., RGB ratios, crop coverage and plant height. During each mission, 20 plots within the wheat canopy with 1 × 1 m2 sample support were selected in the field, and the leaf area index, plant height, fresh and dry biomass and nitrogen concentrations were measured. From the generated UAV imagery, we were able to follow the changes in early senescence at the individual plant level in the wheat crops. Changes in the pattern of the wheat canopy varied drastically from one mission to the next, which supported the need for instantaneous observations, as delivered by UAV imagery. The correlations between the biophysical parameters and image variables were highly significant during each mission, and the regression models calculated with the principal components of the image variables yielded R2 values between 0.70 and 0.97. In contrast, the models of the nitrogen concentrations yielded low R2 values with the best model obtained at flowering (R2 = 0.65). The nitrogen nutrition index was calculated with an accuracy of 0.10 to 0.11 NNI for each mission. For all models, information about the surface models and image tone was important. We conclude that low-cost RGB UAV imagery will strongly aid farmers in observing biophysical characteristics, but it is limited for observing the nitrogen status within wheat crops
    • 

    corecore