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Bildgebende Spektroskopie an Pflanzenblättern

Smolyar, Nadiya

English Title: Image spectroscopy on plant leaves

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PDF, German
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Abstract

In vorliegender Arbeit wurden innovative Methoden der bildgebenden Spektroskopie entwickelt, die für Untersuchungen der Spektralcharakteristiken und räumlichen Verteilung von Wasser und Chlorophyll in Pflanzenblättern verwendet wurden. Dafür wurden zwei bildgebende Spektrometer für VIS und NIR Spektralbereich unter Verwendung der CCD-Kameras aufgebaut: ein ortsauflösende CCD-Prismen-spektrometer für Aufnahmen der Bildspektren mit der Spektral- und Raumkoordinate; ein multispektrale bildgebende CCD-Spektrometer für die Ermittlung von Spektral-bildern bei diskreten Wellenlängen, die durch die Bandpaßfilter ausgewählt wurden. Im Vergleich zu den herkömmlichen Serienspektrometern hat das entwickelte bildgebende CCD-Spektrometer bessere Charakteristiken. Es wurden innovative Bildverarbeitungsmethoden entwickelt, die die Analyse der spektralen Bildsequenze und Spektren der einzelnen Strukturelemente der heterogenen Objekte ermöglichen. Der Einfluß der Mehrfachlichtstreuung auf die optischen Charakteristiken der Pflanzenblätter wurde untersucht. Dabei wurde eine innovative Methode zur Ermittlung der Istwerte der Absorption unter der Berücksichtigung der Wechselwirkung der Mehrfachlichtstreuung und Absorption entwickelt. Die räumliche Spektralcharakteristiken für das Blattgewebe und für die Adern wurden untersucht. Eine spektrale Methode für Bestimmung der Verteilung von Wasser und Chlorophyll in Pflanzenblättern wurde entwickelt. Zum ersten Mal wurden die detaillierten Profilbilder des Wassergehaltes in Pflanzenblättern erhalten und analysiert. Vier Wasserzustände in den Pflanzenblättern wurden entdeckt und untersucht. Eine Transformation der Wasserzustände bei physiologischen Prozessen wurde festgestellt und analysiert. Die entwickelten Methoden der bildgebenden Spektroskopie haben allgemeine Bedeutung und können für die Untersuchungen der heterogenen Mikro- und Makroobjekte erfolgreich verwendet werden.

Translation of abstract (English)

In this work, new methods of image spectroscopy were developed that were used for studying spectral characteristics and spatial distribution of water and chlorophyll in plant leaves. Two image spectrometers for VIS and NIR areas using CCD cameras were built: a prismatic CCD spectrometer for receiving imagespectra with spectral and spatial coordinate; a multispectral CCD image spectrometer for investigation of spectral images for discrete wavelengths using a set of bandpass filters. In comparison with serial spectrometers, the developed image spectrometer has better characteristics. A innovative method for the processing of the spectral images was developed, allowing the analysis of a spectral images sequence and spectra of separate structural elements of inhomogeneous objects. The influence of multiple light scattering on optical characteristics of plant leaves was investigated. A method to determine the true value of absorption was developed considering the interaction of multiple light scattering and absorption. Separated spectra for plant leaves tissue and vein were investigated. A spectral technique to find detailed distribution of water and chlorophyll in leaves was developed. For the first time a profile images of water distribution on plant leaves were obtained. Four water states in the plant leaves were discovered and investigated. A transformation of water states during physiological processes was shown and analyzed. The developed methods of image spectroscopy have a general character and can be used for studying non-uniform micro- and macroobjects.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Jähne, Prof. Dr. Bernd
Date of thesis defense: 23 July 2003
Date Deposited: 19 Dec 2003 15:00
Date: 2003
Faculties / Institutes: Service facilities > Interdisciplinary Center for Scientific Computing
Subjects: 570 Life sciences
Controlled Keywords: Bildverarbeitung, Spektroskopie, Blatt, Wassergehalt, Wasserverteilung, Chlorophyll
Uncontrolled Keywords: bildgebende Spektroskopie , Wasserzustand , Chlorophyllverteilungimage spectroscopy , plant leaves , chlorophyll distribution , water distribution , water states
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