Bildanalyse und technologischer Standard - ein kritischer Rückblick auf Multimedia

In dem Beitrag geht es um einen Rückblick auf die Anfänge des manipulierbaren, digitalen Bildes im Kontext der Kunst. An einem Fallbeispiel, dem Johannesaltar des Rogier van der Weyden, erfolgt eine praktische Auseinandersetzung mit den technologisch bedingten Grenzen der Bildanalyse. Dies mündet in eine kritische Bilanz vorfabrizierter Wissensvermittlung und Sichtbarkeitserfahrung nicht nur im Bereich der Kunstgeschichte. Die These lautet von daher ganz allgemein gefasst: Tradierte Bildlichkeit fristet ihr Dasein nicht mehr allein im musealen Raum, sondern ist bereits in einen technologisch bedingten transferiert.

Pädagogisches Wissen in Bildern. Zum Bildprogramm der französischen Ausgaben des 18. Jahrhunderts von Rousseaus "Émile"

Aus Anlass der 250. Wiederkehr der Erstauflage von Rousseaus Werk "Émile oder über die Erziehung" widmet sich der Text der Analyse seiner Illustrationen. Die französischen Ausgaben des 18. Jahrhunderts wurden mit Kupferstichen von unterschiedlichen Künstlern gestaltet. Dabei war das Bildprogramm der Erstausgabe des Jahres 1762 noch von Rousseau autorisiert, während die posthumen Auflagen dies nicht mehr waren und einen vollständigen Wechsel des Bildprogramms vollziehen. Diese beiden unterschiedlichen Bildprogramme werden analysiert und in den Kontext ihrer Druckgeschichte gestellt. Dabei zeigt sich, auf welche Art das pädagogische Hauptwerk Rousseaus bildlich illustriert wird. (DIPF/Orig.)

Digital image analysis as a tool to estimate legume contributions in legume-grass swards

Summary: Productivity and forage quality of legume-grass swards are important factors for successful arable farming in both organic and conventional farming systems. For these objectives the botanical composition of the swards is of particular importance, especially, the content of legumes due to their ability to fix airborne nitrogen. As it can vary considerably within a field, a non-destructive detection method while doing other tasks would facilitate a more targeted sward management and could predict the nitrogen supply of the soil for the subsequent crop. This study was undertaken to explore the potential of digital image analysis (DIA) for a non destructive prediction of legume dry matter (DM) contribution of legume-grass mixtures. For this purpose an experiment was conducted in a greenhouse, comprising a sample size of 64 experimental swards such as pure swards of red clover (Trifolium pratense L.), white clover (Trifolium repens L.) and lucerne (Medicago sativa L.) as well as binary mixtures of each legume with perennial ryegrass (Lolium perenne L.). Growth stages ranged from tillering to heading and the proportion of legumes from 0 to 80 %. Based on digital sward images three steps were considered in order to estimate the legume contribution (% of DM): i) The development of a digital image analysis (DIA) procedure in order to estimate legume coverage (% of area). ii) The description of the relationship between legume coverage (% area) and legume contribution (% of DM) derived from digital analysis of legume coverage related to the green area in a digital image. iii) The estimation of the legume DM contribution with the findings of i) and ii). i) In order to evaluate the most suitable approach for the estimation of legume coverage by means of DIA different tools were tested. Morphological operators such as erode and dilate support the differentiation of objects of different shape by shrinking and dilating objects (Soille, 1999). When applied to digital images of legume-grass mixtures thin grass leaves were removed whereas rounder clover leaves were left. After this process legume leaves were identified by threshold segmentation. The segmentation of greyscale images turned out to be not applicable since the segmentation between legumes and bare soil failed. The advanced procedure comprising morphological operators and HSL colour information could determine bare soil areas in young and open swards very accurately. Also legume specific HSL thresholds allowed for precise estimations of legume coverage across a wide range from 11.8 - 72.4 %. Based on this legume specific DIA procedure estimated legume coverage showed good correlations with the measured values across the whole range of sward ages (R2 0.96, SE 4.7 %). A wide range of form parameters (i.e. size, breadth, rectangularity, and circularity of areas) was tested across all sward types, but none did improve prediction accuracy of legume coverage significantly. ii) Using measured reference data of legume coverage and contribution, in a first approach a common relationship based on all three legumes and sward ages of 35, 49 and 63 days was found with R2 0.90. This relationship was improved by a legume-specific approach of only 49- and 63-d old swards (R2 0.94, 0.96 and 0.97 for red clover, white clover, and lucerne, respectively) since differing structural attributes of the legume species influence the relationship between these two parameters. In a second approach biomass was included in the model in order to allow for different structures of swards of different ages. Hence, a model was developed, providing a close look on the relationship between legume coverage in binary legume-ryegrass communities and the legume contribution: At the same level of legume coverage, legume contribution decreased with increased total biomass. This phenomenon may be caused by more non-leguminous biomass covered by legume leaves at high levels of total biomass. Additionally, values of legume contribution and coverage were transformed to the logit-scale in order to avoid problems with heteroscedasticity and negative predictions. The resulting relationships between the measured legume contribution and the calculated legume contribution indicated a high model accuracy for all legume species (R2 0.93, 0.97, 0.98 with SE 4.81, 3.22, 3.07 % of DM for red clover, white clover, and lucerne swards, respectively). The validation of the model by using digital images collected over field grown swards with biomass ranges considering the scope of the model shows, that the model is able to predict legume contribution for most common legume-grass swards (Frame, 1992; Ledgard and Steele, 1992; Loges, 1998). iii) An advanced procedure for the determination of legume DM contribution by DIA is suggested, which comprises the inclusion of morphological operators and HSL colour information in the analysis of images and which applies an advanced function to predict legume DM contribution from legume coverage by considering total sward biomass. Low residuals between measured and calculated values of legume dry matter contribution were found for the separate legume species (R2 0.90, 0.94, 0.93 with SE 5.89, 4.31, 5.52 % of DM for red clover, white clover, and lucerne swards, respectively). The introduced DIA procedure provides a rapid and precise estimation of legume DM contribution for different legume species across a wide range of sward ages. Further research is needed in order to adapt the procedure to field scale, dealing with differing light effects and potentially higher swards. The integration of total biomass into the model for determining legume contribution does not necessarily reduce its applicability in practice as a combined estimation of total biomass and legume coverage by field spectroscopy (Biewer et al. 2009) and DIA, respectively, may allow for an accurate prediction of the legume contribution in legume-grass mixtures.

Mechanismenorientierte Lebensdauervorhersage für eine thermo-mechanisch hergestellte Flanschwelle mit gradiertem Gefüge

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird ein Konzept zur mechanismenorientierten Lebensdauervorhersage entwickelt und auf eine Flanschwelle mit gradiertem Gefüge übertragen. Das Konzept wird in Form eines Computercodes (LOCC) zur Anwendung gebracht. Basierend auf lokalen Spannungen wird für jedes Element eines FE-Modells eine bedingte Versagenswahrscheinlichkeit berechnet. Mithilfe bruch- und ggf. mikromechanischer Modelle werden lokale kritische Risslängen und die bei gegebener Lebensdauer zugehörigen Anfangsrisslängen bestimmt. Diese werden mit geeigneten Modellen in mikrostrukturelle Größen überführt. Die Lebensdauerverteilung der Komponente ergibt sich schließlich aus der Verteilungsfunktion der Anfangsrisslängen bzw. der zugehörigen mikrostrukturellen Einheiten. Die betrachtete Flanschwelle weist als Ergebnis eines thermo-mechanischen Umformprozesses ein gradiertes Gefüge auf. Das Ermüdungsverhalten der Hauptphasen Ferrit-Perlit und Martensit wird untersucht. Während ausgewählter Ermüdungsversuche wird die Schädigungsentwicklung an der Oberfläche mit einem langreichweitigen Mikroskop beobachtet. Das ferritisch-perlitische Ausgangsgefüge zeigt eine sehr komplexe Schädigungsentwicklung (lokale plastische Aktivität, hohe Rissdichte), während beim Martensit keine multiple Rissinitiierung beobachtet wird. Anhand fraktographischer Untersuchungen wird dargelegt, dass der Hauptriss beim Martensit im Bereich von Karbidanhäufungen initiiert. Im LCF-Bereich wird nur ein verschwindender Anteil der Lebensdauer mit Langrisswachstum verbracht, d. h. die martensitischen Proben versagen fast unmittelbar nach der Rissinitiierung. Die Beschreibung ihrer Lebensdauer wird somit direkt auf die Rissinitiierungsphase zurückgeführt. Das ferritisch-perlitische Gefüge hingegen zeigt im LCF-Bereich sowohl eine ausgeprägte Rissinitiierungs- wie auch Langrisswachstumsphase. Diese komplexe Schädigungsentwicklung wird mittels verschiedener Schädigungsvariablen beschrieben, die im Rahmen einer automatisierten Bildanalyse bestimmt werden. Hierbei werden sowohl plastisch stark aktive Bereiche wie auch reale Risse pauschal als Schädigung definiert. Der Vergleich dieser automatisiert bestimmten Schädigungsvariablen mit ausgewählten Rissen zeigt deren Eignung zur quantitativen Beschreibung der Schädigungsentwicklung. Die Lebensdauer einer gradierten Komponente ergibt sich nicht direkt durch Verknüpfung der Lebensdauern der Einzelphasen, sondern sie hängt ggf. auch von den Übergangsbereichen zwischen den Phasen ab. Mithilfe einiger grundlegender bruchmechanischer Überlegungen wird ein konservatives Kriterium zur Behandlung solcher Übergangsbereiche bereitgestellt, womit das LOCC-Konzept letztendlich erfolgreich auf die gradierte Flanschwelle übertragen wird.

Entwicklung eines Online-Messverfahrens zur Bestimmung des Bodenbedeckungsgrades bei der Stoppelbearbeitung zu Mulchsaatverfahren

Die vorliegende Arbeit ist Teil eines Verbund-Forschungsprojektes mit dem Ziel, eine Präzisions-Bodenbearbeitung in Abhängigkeit von verschiedenen Bodenparametern sowie dem Bodenbedeckungsgrad zu realisieren. Ziel dieses Teilprojektes war die Bereitstellung einer Online-Messung des Bedeckungsgrades, um die Bearbeitungsintensität während der Feldüberfahrt regeln zu können: Ein Kamerasensor vorne am Schlepper ermittelt die Bodenbedeckung und ein Tiefen-Sollwert wird an das Regelsystem eines Gerätes zur teilfächenspezifischen Bodenbearbeitung ausgegeben. Da unter Feldbedingungen Methoden zur Bedeckungsgradmessung nur relativ zueinander verglichen werden können, wurde zunächst ein Laborvergleich mit wohldefinierten Bodenbedeckungen durchgeführt, um die prinzipiellen Stärken und Schwächen von Bildanalyse sowie zwei visuellen Methoden (Gitterraster-Methode und „Meterstick-Methode“) zu ermitteln: • Eine visuelle Methode, die auf einer begrenzten Anzahl von einfachen Stichprobenbeobachtungen beruht (Gitter), überschätzte den Bedeckungsgrad systematisch, wobei dieser Effekt unter Feldbedingungen vermutlich klein gegenüber der bekannten Schwankungsbreite zwischen Messungen verschiedener Beobachter ist. • Eine visuelle Methode, die auch Größe und Orientierung des Strohs berücksichtigt (Meterstick), lieferte präzise mittlere Messwerte. Diese Methode war die mit Abstand arbeitsaufwändigste. • Nach einer einfachen Korrektur des Abbildungsfehlers des Kameraobjektivs war auch die Bildverarbeitungs-Methode in der Lage, die bekannten tatsächlichen Bedeckungsgrade exakt darzustellen, bei gleichzeitig der geringsten Schwankungsbreite der Messwerte. Die Online-Messung der Bodenbedeckung durch Ernterückstände ist bisher jedoch ungelöst. Obwohl in früheren Untersuchungen Texturmerkmale oder Farbunterschiede erfolgreich genutzt wurden, um den Bedeckungsgrad zu bestimmen, wird eine Bedienperson zur interaktiven Festlegung bestimmter Parameter benötigt. Um den Prototypen eines onlinefähigen Kamerasensors zu entwickeln, wurden geeignete Ausrüstung und Bedingungen zur Bildaufnahme untersucht und verschiedene Auswertealgorithmen mit Hilfe einer wissenschaftlichen Bildanalysesoftware geschrieben und getestet: • Da im Nahinfraroten zwischen ca. 800 und 1400 nm der größte Intensitäts-Kontrast zwischen Stroh und Boden besteht wurde zur Bildaufnahme eine Schwarz-Weiss-CCD-Kamera mit aufgesetztem Infrarotfilter gewählt. Eine Diffusor-Box sorgte für homogene Beleuchtungsbedingungen. • Zwei auf Kantendetektion und automatischer Schwellwertsetzung basierende Versionen („A“ und „B“) eines „klassischen“ Segmentierungsalgorithmus wurden geschrieben. Durch einen iterativen Ansatz konnten geeignete Thresholding-Verfahren abhängig von der Größenordnung der Bodenbedeckung verwendet werden. Die zur Online-Regelung der Bearbeitungstiefe nötige Beschränkung der Prozesslaufzeit auf ca. 1000 ms/Bild konnte eingehalten werden. • Eine alternative automatisierbare Kontrollmethode wurde entwickelt, welche Merkmale der Grauwerthistogramme der Stroh/Boden-Bilder auswertet (Algorithmus „C“). Dieser Ansatz ist nochmals deutlich schneller als eine Bildsegmentierung (ca. 5 – 10 Bilder/s). • Der Sensor wurde an einem Quad montiert und die Bodenbedeckung auf drei Testfeldern untersucht. Zwischen den Messergebnissen eines Algorithmus vom Typ A/B und dem Ansatz C wurde eine Pearson-Korrelation von 0,967 für die Messwertegesamtheit gefunden. • Auf Versuchsparzellen mit definiert aufgebrachten Strohmengen (ein weiteres Teil-projekt) wurden an GPS-referenzierten Punkten Bilder mit dem Sensor aufgenommen und Referenzmessungen mit der visuellen Gitterraster-Methode durchgeführt. Zwischen der Bildverarbeitung (A, B) und dem Gitter ergaben sich befriedigende Pearson-Korrelationen im Bereich von 0,7 – 0,8. Allerdings waren für hohe Bedeckungen die Ergebnisse des Sensors meist signifikant niedrigere als der Mittelwert von drei das Gitter auszählenden Personen. Eine Kontrolle mit Ansatz C ergab, dass die Histogramm-Merkmale der einzelnen Bilder deutlich besser mit den per Bildverarbeitung ermittelten Bedeckungsgraden korrelierten als mit den Gittermessungen. – Insgesamt erwies sich die schnelle Bildverarbeitung als geeignet für den Einsatz als neue Referenzmethode zur Messung der Bodenbedeckung durch Ernterückstände. • Da der Aufbau des Sensors ohne die Diffusor-Box praxisgerechter ist, besteht weiterer Forschungsbedarf in Bezug auf die dann auftretenden Probleme durch stark wechselnde Beleuchtung und Schattenwurf. • In einem letzten Schritt wurde der Kamerasensor erfolgreich in ein bereits entwickeltes System zur teilflächenspezifischen Bodenbearbeitung an der Universität Kiel integriert. Eine Regelung der Arbeitstiefe durch den Kamerasensor war problemlos möglich, allerdings gilt es noch belastbare Kriterien für die Vorgabe von Tiefen-Sollwerten in Abhängigkeit vom Bedeckungsgrad zu entwickeln.

Ein journalistisches Unterrichtsprojekt als politische Medienbildung

Gegenstand der Arbeit ist ein journalistisches Unterrichtsprojekt zur Förderung einer politischen Medienbildung. Das Projekt wurde deutschlandweit in 20 Haupt- und Gesamtschulklassen mit rund 400 Schülern und Schülerinnen durchgeführt und qualitativ untersucht. Im theoretischen Teil werden Konzepte von Medienbildung, medienpädagogische Ansätze und Ergebnisse empirischer Untersuchungen vorgestellt, die für die Arbeit und das Projekt relevant waren. Kapitel 2 thematisiert das Phänomen „TV-Journalismus“ vor dem Hintergrund der Cultural Studies (v. a. Stuart Hall, Margret Lünenborg) und diskutiert es im Hinblick auf medienpädagogische Fragestellungen. Journalismus wird dabei als ein möglicher Weg gesehen, eine politische Bildung mit einer Medienbildung zu verknüpfen. Allerdings führen die Schwerpunkte Journalismus und Politik auch zu Schwierigkeiten bei der Umsetzung, wenn man bedenkt, dass sowohl journalistische Genres als auch Politik in der jugendlichen Lebenswelt keine maßgebliche Rolle spielen, wie aktuelle Jugendstudien zeigen (z. B. JIM- und Deutsche-Shell-Studien). Sinnvoll erscheint hier die Öffnung entsprechender Konzepte hin zu einem weiteren, lebensweltbezogenen Politik- und Journalismusverständnis, um Jugendlichen Bezugspunkte zu ihrer Alltagswelt zu bieten. Kapitel 3 und 4 stellen leitende theoretische Konzepte von Medienbildung/Medienkompetenz (etwa Winfried Marotzki, Manuela Pietraß) sowie medienpädagogische Ansätze (z. B. den handlungsorientierten, themenzentrierten Ansatz von Bernd Schorb) dar. „Medienbildung“ wird in der Arbeit verstanden als Beziehung des Menschen zu sich selbst und zur gegenständlichen und sozialen Welt, wie sie ihm medienvermittelt begegnet. Bildung ist dann das Ergebnis des kritisch-reflexiven Umgangs mit der medial vermittelten Welt. Eine Medienbildung umfasst dabei auch eine Medienkompetenz im Sinne von medienspezifischem Wissen und Fähigkeiten des Umgangs mit Medien. Eine „politische Medienbildung“ wird in Anlehnung an David Buckingham dann zum einen als ein kritisches „Lesen“ medialer Texte definiert, in welchen die soziale Welt vermittelt wird. Zum anderen bedeutet eine „politische Medienbildung“ auch die eigene Gestaltung medialer Texte und die Teilhabe an einer medialen Kultur. Kapitel 5 beschreibt die konkrete forschungsmethodische Herangehensweise: Das medienpädagogische Projekt wurde qualitativ im Hinblick auf eine Medienbildung untersucht. Anders als in bisherigen Medienkompetenz-Studien wurde nicht nach den Wissenszuwächsen und erlernten Fähigkeiten nach Projektende gefragt. Im Zentrum des Interesses standen die im Unterrichtsprojekt beobachteten Situationen und Prozesse einer reflexiven Auseinandersetzung mit journalistisch vermittelten Themen und Darstellungsweisen. Verschiedene Methoden und Datenquellen wurden miteinander kombiniert, um die Unterrichtsrealität angemessen erfassen zu können. Zu den Erhebungsmethoden gehörten etwa die Unterrichtsaufzeichnung, die Gruppendiskussion und das Sammeln von alltagskulturellem Material. Die dabei gewonnenen Daten wurden mit den Auswertungsverfahren der Text- und Bildanalyse untersucht. Die Ergebnisse folgen schließlich in Kapitel 6. Dieses wird im Hinblick auf die konkretisierten Forschungsfragen differenziert in: • Kapitel 6.1: Hier geht es um die Auseinandersetzung der Schüler/innen mit Wissen über Medien. Relevant sind hier Fragen nach einem Vorwissen von Jugendlichen über journalistische Gestaltungsmittel und wie die Schüler/innen ein solches Vorwissen im Kontext des Unterrichts einbrachten. • Kapitel 6.2: Diese Ergebnisse zeigen auf, wie sich die Jugendlichen mithilfe journalistischer Texte mit einem Thema auseinandersetzten, z. B. wie sie diese hinsichtlich ihrer Glaubwürdigkeit oder ihrer Darstellung bewerteten. • Kapitel 6.3: In diesem Kapitel finden sich Ergebnisse aus den Gruppenarbeiten, in welchen die Schüler/innen selbst ein mediales Konzept entwarfen. Die Aufzeichnungen in den Gruppen deckten auf, wie die Schüler/innen an diese Aufgabe herangingen, welche inhaltlichen Schwerpunkte sie setzten, wie sie Sichtweisen in der Gruppe aushandelten und welche formale Darstellungsweise sie planten. Die Kapitel 6.4 und 7 liefern eine Zusammenfassung der wichtigsten Erkenntnisse und eine kritische Diskussion, welche Chancen und Probleme ein journalistisches Projekt im Kontext der Schule und insbesondere für die Zielgruppe einer niedrigen Bildungszugehörigkeit mit sich bringt.

"Ich sehe was, was Du nicht siehst…“ – Was Rineke Dijkstra mit ihrem Video I see a woman crying (Weeping Woman) vor Augen führt

Die Autorin interpretiert das Video "I see a woman crying (Weeping Woman)" der niederländischen Künstlerin Rinke Dijkstra unter Aspekten des Bildungsprozesses von Kindern. In der sequentiellen Erschließung einzelner Szenen des Videos kann gezeigt werden, wie ein Gespräch von Kindern ein Kunstwerk thematisiert. Damit wird mit künstlerisch-ästhetischen Mitteln das Bildungsproblem inszeniert. (DIPF/Autor)