一、溫室型高通量植物表型采集分析平臺介紹
溫室型高通量植物表型采集分析平臺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。該產(chǎn)品可搭載可見光二維、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(xué)、植物生理學(xué)、植物病理學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、植物保護等研究領(lǐng)域。
二、溫室型高通量植物表型采集分析平臺組成
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、溫室型高通量植物表型采集分析平臺功能特點
1. 多場景應(yīng)用：適用于多種室內(nèi)場景下的植物高通量的采集與應(yīng)用；可應(yīng)用于對溫室控制條件下，對實驗應(yīng)用中的植株長勢、逆境響應(yīng)、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(biāo)位置時自動進行關(guān)聯(lián)，并自動記錄對應(yīng)設(shè)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(nèi)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(biāo)定，自動根據(jù)植物構(gòu)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(wǎng)絡(luò)/公網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集端PC端到數(shù)據(jù)中心服務(wù)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(yīng)用領(lǐng)域
成像單元 | 測量參數(shù) | 應(yīng)用領(lǐng)域/場景 |
可見光二維成像單元 | 1.獲取輪廓面積（頂視、側(cè)視）、凸包面積（頂視、側(cè)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(yīng)用于分析逆境脅迫響應(yīng)、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(zhǔn)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(jié)構(gòu)分析，可應(yīng)用于株型對產(chǎn)量影響分析、株型與植物健康狀態(tài)相關(guān)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(xué)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(yīng)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(chǎn)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(nèi)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(yīng)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(yán)重程度進行分析 |
五、溫室型高通量植物表型采集分析平臺技術(shù)參數(shù)
1) 傳送系統(tǒng)
① 傳送速度：13m/min，可根據(jù)需求調(diào)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(zhuǎn)平臺 |
成像高度 | 支持多段成像，自定義高度 |
照明光源 | 側(cè)面LED均一光源 |
數(shù)據(jù)傳輸 | 萬兆以太網(wǎng) |
二維單株分析時間 | ＜5s |
三維單株重構(gòu)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(zhì)鹵素?zé)艄庠?/p> |
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(wǎng)（可選） |
高光譜單株分析時間 | ＜5s |
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