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Objekterkennung im Weinanbau – Eine Fallstudie zur Unterstützung von Winzertätigkeiten mithilfe von Deep Learning

Object Detection in Viticulture – A Case Study on the Support of Vineyard Operations with Deep Learning

Zusammenfassung

Die voranschreitende Digitalisierung revolutioniert sämtliche Wirtschaftszweige und bringt somit auch langfristige Veränderungen für den landwirtschaftlichen Sektor mit sich, wo auf Basis intelligenter Informationssysteme zahlreiche Daten gesammelt und im Zuge neuer Geschäftsmodelle ausgewertet werden. Vor diesem Hintergrund präsentiert der vorliegende Beitrag eine Big-Data-Analytics-Fallstudie aus dem Bereich des Weinanbaus, wo mithilfe von mobilen Aufnahmegeräten umfangreiches Bildmaterial aufgezeichnet wurde, um eine automatisierte Objekterkennung zur Unterstützung von operativen Winzertätigkeiten, wie zum Beispiel das Zählen von Reben, die Identifikation von Rebfehlstellen oder die Prognose von potentiellem Erntegut, realisieren zu können. Hierbei bestand die Herausforderung unter anderem darin, landwirtschaftlich relevante Weinobjekte wie Reben, Trauben und Beeren über die einzelnen Hierarchieebenen hinweg erkennen zu können und diese auch in Bezug auf bewegtes Bildmaterial folgerichtig zu zählen. Zur Bewältigung derartiger Herausforderungen werden einige Lösungsansätze vorgestellt, die auf modernen Deep-Learning-Verfahren der bildbasierten Objekterkennung basieren. Der Beitrag wird abgerundet mit einer Diskussion und Implikationen für analytische Anwendungen in der landwirtschaftlichen Praxis.

Abstract

The transformation towards a digitized world introduces major changes to all economic sectors, among them the sector of agriculture, where intelligent information systems help to gather and analyze vast amounts of data to provide new business functions and models. Given this background, this article describes a big data analytics case study from the field of viticulture, where extensive image material was recorded using mobile recording devices in order to implement automated object detection to support operational vineyard activities, such as counting vines, identifying missing plants or predicting potential harvests. One of the challenges here was to correctly identify relevant wine objects such as vines, grapes and berries across their different hierarchical levels and to consistently count them in relation to moving image material. The authors provide a solution to those challenges by designing a data analysis process based on a deep learning framework for object detection. Additionally, the results as well as implications for the application of the proposed models in the field of agrarian management are discussed at the end of the article.

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Notes

  1. Computer Vision ist ein interdisziplinäres Forschungsgebiet, das sich mit der Entwicklung von Modellen und Methoden zur maschinellen Erfassung, Verarbeitung und Auswertung von Bildmaterial oder anderweitig hochdimensionalen Daten beschäftigt (Szeliski 2010).

  2. Vgl. https://www.tensorflow.org/.

  3. Künstliche neuronale Netze sind Modelle des maschinellen Lernens, deren Aufbau dem biologischen Vorbild von neuronalen Vernetzungen im Gehirn nachempfunden ist.

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Heinrich, K., Zschech, P., Möller, B. et al. Objekterkennung im Weinanbau – Eine Fallstudie zur Unterstützung von Winzertätigkeiten mithilfe von Deep Learning. HMD 56, 964–985 (2019). https://doi.org/10.1365/s40702-019-00514-9

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  • DOI: https://doi.org/10.1365/s40702-019-00514-9

Schlüsselwörter

  • Deep Learning
  • Landwirtschaft
  • Maschinelle Bildverarbeitung
  • Objekterkennung
  • Objektverfolgung
  • Objektzählung
  • Weinanbau

Keywords

  • Agriculture
  • Computer Vision
  • Deep Learning
  • Object Counting
  • Object Detection
  • Object Tracking
  • Winemaking Industry