Chemische Unkrautbekämpfung – Stichwort Glyphosat – ist weit verbreitet und steht wegen seiner Umwelteinflüsse häufig in der Kritik. Es könnte aber auch anders gehen. „Nämlich mit einer präzisen Anwendung ohne Nebeneffekte für die Umwelt“, sagt Matthias Lautenschläger, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Laserzentrum der FH Münster. Die Idee zum unkrautfreien Boden: Laser. „Dies ist besonders interessant für den Ökolandbau“, so Lautenschläger. Die laserbasierte Unkrautbekämpfung ist Teil des Interreg-Großvorhabens „Elektrifizierung und Präzisierung in der Landwirtschaft“ (E&P Agro). Dafür lief jetzt ein erstes studentisches Projekt an der FH Münster. Mit industrieller Bildverarbeitung haben sieben Studenten getestet, wie eine Kamera Unkraut erkennt und daraus Koordinaten ableitet, die dem Laser das Ziel für seine Bestrahlung vorgeben.
„Unsere Aufgabe war es, das Wachstumszentrum der Pflanze zu ermitteln“, erklärt Markus Stening. „Nur, wenn der Laser dieses Zentrum des Unkrauts trifft und schädigt, kann die Pflanze nicht mehr wie gewohnt weiterwachsen und degeneriert idealerweise.“ Hier hilft die Bilderkennung: Sie kategorisiert die Umgebung – Unkraut, Mais und andere Nutzpflanzen, Steine, abgestorbene Pflanzen –, erkennt das Unkraut und ermittelt Koordinaten für die Bestrahlung. In der Theorie überschaubar – aber in der Praxis ändert sich die Beleuchtung über die Tageszeit, Pflanzen wachsen dicht nebeneinander und überlagern sich oder Blätter welken. Das macht die automatische Unkrauterkennung zu einer komplizierten Aufgabe.
Die Studenten wählten als Forschungsobjekt den sogenannten Zurückgebogenen Amarant (Amare). Amare ist deutschlandweit vertreten und bildet Resistenzen gegen Unkrautvernichtungsmittel. „Das macht diese Pflanze besonders spannend“, erklärt Lautenschläger. Für ihre Versuche haben die Studenten mit selbst gezüchteten Pflanzen im Topf experimentiert.
Drei Verfahren
Insgesamt hat die Gruppe drei Verfahren entwickelt, um das Wachstumszentrum von Pflanzen, die kleiner als einen Millimeter sind, per Kamera zu ermitteln. Dabei haben sie intensiv mit Programmen für industrielle Bildverarbeitung gearbeitet. Die Ansätze eignen sich für verschiedene Blattarten. Beim ersten Verfahren wird das Wuchszentrum über den Flächenschwerpunkt ermittelt. Dieses Verfahren eignet sich besonders für Unkraut, das erst ein paar Tage alt ist. Im zweiten Modell wird die Kontur der Blätter detektiert und die längste mögliche Gerade innerhalb eines Blattes berechnet. Sobald mehrere Geraden vorliegen, können diese verlängert und der Schnittpunkt bestimmt werden. Die Methode ist gut für größere Pflanzen mit mehreren Blättern.Der dritte Ansatz kombiniert beide Vorgehensweisen und nutzt die elliptische Form der Blätter als Näherung an die reale Blattkontur. Das alles passiert im Programm natürlich automatisiert.
Wie groß der Strahldurchmesser sein muss und welche Leistung der Laser benötigt, also wie die richtige Dosierung aussieht, um gegen das Unkraut effektiv vorzugehen, wird nun im weiteren Projektverlauf ermittelt – in Zukunft auch auf dem Acker. Dafür wurde im April ein Versuchsfeld auf dem
Steinfurter Campus der FH Münster angelegt.
