Entwicklung eines veterinären infrarotbasierten Online-Analysesystems - VIONA

In der modernen Tierhaltung besteht zunehmend Bedarf nach neuen automatisierten Lösungen zur Gesundheitsüberwachung. Die Infrarotthermographie (IRT) könnte dies leisten, hohe Messunsicherheit und großer manueller Aufwand verhindern jedoch derzeit. Ein praxistaugliches, automatisches Verfahren war nicht bekannt. Im Rahmen des Projekts wurde ein veterinäres infrarotbasiertes Online-Analysesystem (VIONA) zur Überwachung der Tiergesundheit entwickelt, als Funktionsmuster implementiert und im praktischen Betrieb erprobt. Wegen der besonderen wirtschaftlichen Bedeutung wurde die VIONA-Entwicklung zunächst auf die Überwachung von Milchkühen während des Melkens fokussiert. Die Kernkomponenten des entwickelten Systems sind: eine präzise IR-basierte Temperaturmessung unter Nutzung eines neuentwickelten Referenzstrahlers; eine automatische Bildsequenzanalyse zur Gewinnung von IR-Kenngrößen für relevante anatomische Strukturen, wie Klauen und Euter, und eine einzeltierspezifische Diagnose unter Einbeziehung der entwickelten IR-Kenngrößen und dem zeitlichen Verlauf der IR-Kenngrößen. Hauptaufgaben des Teilprojekts 2 waren die Sicherstellung einer präzisen IR-Temperaturmessung und die Entwicklung einer automatischen Bildverarbeitung. Dazu wurde zunächst die Messunsicherheit für praktische Einsatzbedingungen bestimmt und anschließend erfolgreich optimiert. Durch die Reduzierung der Messunsicherheit von typischen ± 2,2 K auf unter ± 0,5 K können diagnostisch relevante Temperaturdifferenzen erfasst werden. Eine vergleichbar geringe Messunsicherheit ist aus anderen Arbeiten nicht bekannt. Für die automatische Bildauswertung wurde ein auf flexiblen Formmodellen basierender Ansatz entwickelt, der es ermöglicht relevante anatomische Strukturen im Bild zu finden und entsprechende Messflächen für die Erstellung von IR-Merkmalen zu berechnen. Zudem wurden neue IR-Merkmale erarbeitet, die im Vergleich zu bereits erkannten Merkmalen bessere diagnostische Eignung und höhere Robustheit gegen Störeinflüsse aufweisen. Das erarbeitete Bildverarbeitungssystem erlaubt erstmalig den Einsatz der IR-basierten Gesundheitsüberwachung in der Massentierhaltung. Die Ziele des Teilprojekts wurden vollständig erfüllt, die Leistungsfähigkeit der entwickelten Methoden wurde erfolgreich im praktischen Versuch nachgewiesen. Eine Umsetzung des VIONA-Systems ist in Zusammenarbeit mit einer Melktechnik Firma geplant. Die Ergebnisse des Teilprojekts 2 bieten darüber hinaus vielfältige Anknüpfungspunkte auf anderen Gebieten, etwa in der Humanmedizin. Entsprechende Projekte sind in Vorbereitung.