Institut für Rebenzüchtung
Das interdisziplinäre Projekt MuSik4Vine fusioniert innovative Verfahren und Knowhow aus Züchtungsforschung, Mikrooptik und Lichttechnik und entwickelt ein neuartiges, kostengünstiges multi-modales Sensorsystem zur zerstörungsfreien Bewertung von Pflanzengesundheit und Qualität am Beispiel der Weinrebe. Es wird eine technologische Grundlage und Strategie zur vor-Ort-Bewertung von Qualitätsmerkmalen und damit verbesserten Entscheidungshilfe in der Landwirtschaft und Züchtung geschaffen.Projektziel ist die Fusion dieser Lösungsansätze und KI-basierter Datenauswertung zu einem multi-modalen Sensorsystem für die effiziente Phänotypisierung in der Rebenzüchtung. Dafür sollen erstmals VIS & SWIR Wellenlängen (<1600nm) genutzt werden, um mit einer einzigen Single-Shot-Messung Merkmale verschiedener Dimensionen zu erfassen: Traubengeometrie (u.a. Beerengröße, Traubengewicht) als Ertragsparameter und Indikator für BotrytisRückstreueigenschaften und spektrale Signatur der Beerenhaut zur Ableitung physikalischer Eigenschaften, deren Wachsschicht und Phenolgehalt.Das zu entwickelnde mobile Sensorsystem (IOF & LEJ) soll eine multi-dimensionale Datenerfassung zunächst im Labor und später im Feld ermöglichen. Ground Truth Daten anhand etablierter Verfahren aus Phänotypisierung und Analytik (JKI) dienen als Trainings- und Validierungsdaten für die Entwicklung einer KI-gestützten Datenauswertung. Mit einem solchen System können z.B. kurzfristig die Auswirkungen (a)biotischer Stressoren frühzeitig detektiert und resistente, klimaangepasste Sorten langfristig effektiver selektiert werden. Dadurch trägt das Projekt direkt zur Steigerung der Nachhaltigkeit sowie Resilienz des Weinbaus vor dem Hintergrund der aktuellen Klimaveränderungen bei.Teilvorhaben (JKI) Referenzdaten & Evaluierung Als Grundlage für die Entwicklungsarbeiten werden in Kooperation mit den Partnern die Spezifikationen des Sensorsystems festgelegt. Erzeugung umfangreicher Referenzdaten in variablem Zuchtmaterial mittels etablierter Verfahren (Hyperspektral, 3D, Impedanz etc.). Validierung der Prognosegenauigkeit in Kombination mit Metainformationen (z.B. Metabolomdaten). Unterstützung der Softwareentwicklung sowie Durchführung von Testmessungen in Kartierungspopulationen und Sorten zur Bewertung der Einsatzfähigkeit in Züchtung und Weinbau.Teilvorhaben (IOF) multispektrale Abbildung Optisches Design einer miniaturisierten Multi-Apertur-Kamera zur simultanen Bildaufnahme in mehreren diskreten Spektralbändern. Optimierung der relativen Helligkeit (entspr. Quellen-Auswahl), Mastering und Replikation der mikrooptischen Komponenten, opto-mechanisches Kameradesign basierend auf einer kommerziellen Industriekamera, Integration des sub-Systems und Unterstützung bei der Systemintegration und -Applikation.Teilvorhaben (IOF) 3D Sensorik Systemkonzeption für die Integration von einer klassischen und einer multispektralen Kamera sowie Beleuchtung in ein Gesamtkonzept, um durch Datenfusion der optischen Kanäle möglichst sowohl 3D als auch spektrale Daten in hinreichender Auflösung zu generieren. Gemeinsam mit JKI Algorithmenentwicklung und -Training. Umsetzung der Hardware in ein robustes System mit angepasster Bedienoberfläche.Teilvorhaben (LEJ) Lichttechnik Auswahl und Evaluierung von LED-Quellen entsprechend der gewählten Spektralbereiche für die multispektrale Sensorik und die Bildgebung. Opto-mechanisches Design der Lichtquelle als Subsystem, Aufbau der entsprechenden Komponenten (Leiterplatten, Kühlkomponenten und Beleuchtungs-Optik) und Integration dieser Quellen zu einer Lichtquelle für die Bildgebung. Entwicklung einer angepassten Treiberelektronik zur steuerbaren Beleuchtung. Integration des Sensorsystems gemeinsam mit IOF.
Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt
