Original paper
The Impact of different Leaf Surface Tissues on active 3D Laser Triangulation Measurements
Dupuis, Jan; Paulus, Stefan; Mahlein, Anne-Katrin; Kuhlmann, ; Eichert, Thomas
Photogrammetrie - Fernerkundung - Geoinformation Jahrgang 2015 Heft 6 (2015), p. 437 - 447
published: Dec 1, 2015
Abstract
Laser scanning devices used for plant phenotyping have shown their ability to penetrate the plant surface. This results in an interaction with the leaf tissue and in absorption of the emitted laser. The use of the intensity of reflection, measured from the backscattered laser ray, enables a more profound analysis of the geometric accuracy as well as an inspection of the plant's physiological condition. We show the comparison of two triangulation-based 3D laser scanners with different wavelengths, 658 nm (red) and 405 nm (blue), providing the intensity as additional information. By analysing the interaction of both laser sensors with separated leaf tissue contents it is possible to locate the origin of the measured signal and to evaluate the geometric accuracy of the point cloud. Furthermore, differences in the physiology of the plant as well as surface altering plant diseases like powdery mildew can be identified using the intensity of reflection. The use of the combination of a blue and a red laser scanner for high precision 3D imaging of the plant surface is shown, as well as its applicability for the analysis of plant tissue composition, the stage of leaf senescence and for a detection of plant diseases is demonstrated. Finally, the intensity of the red la- ser showed a high interpretability regarding the tis- sue composition while the blue laser provided a high geometric accuracy. Einfluss von unterschiedlichen Blattschichten auf 3D Laser Triangulation. Bei der Phänotypisierung von Pflanzen mittels Laserscannern hat sich gezeigt, dass der ausgesandte Laser in die Pflanzenstruktur eindringt und dort von den photoaktiven Bestandteilen teilweise absorbiert wird. Die Nutzung zusätzlicher Messinformationen wie der Intensität des Messsignalser-möglicht es, eine detailliertere Aussageüber den Ursprung der Reflexion und somit auch über die geometrische Genauigkeit zu treffen. Zusätzlich können Aussagenüber den physiologischen Zustand der Pflanzen abgeleitet werden. Die Studie nutzt zwei 2D-Lasertriangulationssensoren mit unterschiedlichen Wellenlängen, 658 nm (rot) und 405 nm (blau), mit deren Hilfe die Interaktion verschiedener Laserfarben mit separierten Blattbestandteilen untersucht wird. Durch Einbeziehen der Intensität ist es möglich, den Ursprung der Refle- xion zu lokalisieren und systematische Abweichungen der resultierenden Punktwolke aufzudecken. Darüber hinaus unterstützt die Intensität die Analyse des physiologischen Zustands der Pflanze und ermöglicht die Detektion oberflächenverändernder Pflanzenkrankheiten wie dem Echten Mehltau. Letztlich kann gezeigt werden, dass die Kombination zweier Laserfarben sowohl die Interpretierbarkeit als auch die geometrische Genauigkeit der gemessenen Punktwolke verbessert.
Keywords
optical properties of leaf surfaces • tissue penetration • laser intensity • 3d laser scanning • plant disease detection