一、高通量植物表型平臺介紹
高通量植物表型平臺又稱高光譜高通量表型成像系統(tǒng)，它是一套針對大中型溫室條件下集植物表型圖像采集與參數(shù)分析功能于一體的高通量平臺。平臺采用流水線傳送形式，將植物傳送至成像暗室進行成像和解析，通過植物-傳感器-解析的工作模式高效實現(xiàn)了對盆栽植株進行表型采集與解析。高通量植物表型平臺可搭載可見光二維、可見光三維、高光譜等多個成像單元，可對突變體進行篩選與鑒定，對植物生長狀態(tài)進行記錄，同時也可以對高溫、高鹽、病害、蟲害等逆境條件下植物的形態(tài)、顏色、紋理、長勢、組分含量變化進行研究。適用于遺傳育種、分子生物學、植物生理學、植物病理學、生態(tài)學、環(huán)境科學、植物保護等研究領域。
二、高通量植物表型平臺組成
自動化傳送單元+多維傳感融合圖像成像單元+邊緣計算與解析單元+數(shù)據(jù)管理單元
三、高通量植物表型平臺特點
1. 多場景應用：適用于多種室內場景下的植物高通量的采集與應用；可應用于對溫室控制條件下，對實驗應用中的植株長勢、逆境響應、病害等級分析等多種場景；
2. 高度集成：系統(tǒng)可集成可見光二維、可見光三維與高光譜成像單元，可全自動、高通量對植物樣品進行可見光成像和高光譜成像；
3. 自動傳送系統(tǒng)：系統(tǒng)采用全自動傳送裝置，配備智能化圖像采集模塊，系統(tǒng)運行全程自動化，減少人工操作誤差；
4. 數(shù)據(jù)自動采集：系統(tǒng)支持配套植物樣本自動識別碼，植株移動到目標位置時自動進行關聯(lián)，并自動記錄對應設備的采集數(shù)據(jù)；
5. 樣品稱重及生物量計算：可選配稱重模塊，樣品傳送過程中高精度傳感器實現(xiàn)對重量的測定；
6. 自動化參數(shù)解析：系統(tǒng)自動內置作物解析模型算法，根據(jù)可見光二維、可見光三維、高光譜等模塊直接自動解析多項植株株型、顏色、紋理等參數(shù)；全角度多機位圖像自動采集，無需手動標定，自動根據(jù)植物構建高精度三維模型；
7. 數(shù)據(jù)傳輸與存儲管理：系統(tǒng)支持在本地搭建局域網絡/公網，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集端PC端到數(shù)據(jù)中心服務器的自動化上傳、自動化數(shù)據(jù)存儲管理、自動化高效解析。
8. 數(shù)據(jù)安全：數(shù)據(jù)采用安全傳輸模式，儲存空間無限擴容，保障用戶需求的同時保障數(shù)據(jù)安全。
四、各成像單元測量參數(shù)及應用領域
成像單元 | 測量參數(shù) | 應用領域/場景 |
可見光二維成像單元 | 1.獲取輪廓面積（頂視、側視）、凸包面積（頂視、側視）、冠層高度、冠幅、卷葉程度、葉頂點數(shù)、持綠程度、衰老程度、緊實度、偏心率、體積、生物量等 2. 高清測量植物顏色與真實紋理 | 1. 可分析植物基本形態(tài)，可用于突變體篩選/品種差異對比等場景 2. 可測量持綠程度、衰老程度等顏色信息，可應用于分析逆境脅迫響應、植物健康狀態(tài)，植物病蟲害分析等 |
可見光三維成像單元 | 1. 基于可見光圖像進行三維建模，生成高精度植物三維模型 2. 分析植物整體形態(tài)，基于三維模型準確獲取植物冠層高度、冠幅、冠高比等形態(tài)參數(shù) 3. 整體分析植物的顏色分布 4. 整體分析植物的體積、表面積、生物量變化 | 1. 對植物株型進行三維結構分析，可應用于株型對產量影響分析、株型與植物健康狀態(tài)相關性分析、株型突變體篩選等多個方向的研究 2. 可對植物生物量進行計算，用于分析植物生長狀態(tài)變化，建立長勢模型，記錄植物生長與生物量變化過程，用于分析環(huán)境對植物生物量影響 |
高光譜成像單元 | 1. 植物各部分光譜反射曲線 2. 葉綠素等成分反射峰值 3. 主要光譜指數(shù)（NDVI、RVI、GVI等） 4. 冠層葉綠素含量、冠層氮含量等生物學參數(shù) | 1. 可通過高光譜成像單元實現(xiàn)對植物基本植被指數(shù)的計算，植被指數(shù)可以反應植物生長狀態(tài)、色素含量、營養(yǎng)狀態(tài)等情況，適用于其產量、育種、脅迫等多種研究工作 2. 可以獲取植物組織的光譜反射率，生成光譜反射曲線。光譜反射曲線趨勢可以反映植株不同部位或者不同植株的生長狀態(tài)差異程度 3. 內置模型計算植物冠層葉綠素含量和冠層氮含量，可直接反映植物營養(yǎng)狀態(tài)和健康狀態(tài) 4. 可應用于病害研究。病斑部分和健康部分光譜反射曲線發(fā)生改變，通過對變化趨勢的研究可以對病害發(fā)生部分和嚴重程度進行分析 |
五、 高通量植物表型平臺技術參數(shù)
1、傳送系統(tǒng)
① 傳送速度：13m/min，可根據(jù)需求調節(jié)
② 定位精度：≤±2mm
③ 電子識別：RFID，用于對每盆植物進行識別定位
2、可見光成像模塊：
成像傳感器 | 高分辨率RGB鏡頭 |
分辨率 | 5120×5120 |
像元尺寸 | 2.5μm×2.5μm |
成像平臺 | 360度旋轉平臺 |
成像高度 | 支持多段成像，自定義高度 |
照明光源 | 側面LED均一光源 |
數(shù)據(jù)傳輸 | 萬兆以太網 |
二維單株分析時間 | ＜5s |
三維單株重構與解析時間 | ＜7min |
3、高光譜成像模塊：
成像波長范圍 | 400-1000nm |
照明光源 | 低頻閃高光質鹵素燈光源 |
像素大小 | 5.86μm×5.86μm |
光譜分辨率 | 2.5nm |
光譜帶數(shù)（波段數(shù)） | 1200個波段 |
圖像分辨率 | 1920×1920 |
入射狹縫寬度 | 25μm |
動態(tài)范圍 | 12bit |
成像高度 | 支持自定義高度 |
數(shù)據(jù)傳輸 | USB3.0/千兆以太網（可選） |
高光譜單株分析時間 | ＜5s |
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