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PlantScreen植物表型成像分析系統(tǒng) （XYZ三維移動成像版）

 

PlantScreen植物表型成像系統(tǒng)由捷克PSI公司研制生產(chǎn)，整合了Robotic自動化控制系統(tǒng)、智能LEDs光照培養(yǎng)系統(tǒng)、葉綠素?zé)晒獬上駵y量分析、植物熱成像分析、植物近紅外成像分析、植物高光譜分析、自動條碼識別管理、RGB真彩成像等多項先進(jìn)技術(shù)，以最優(yōu)化的方式實(shí)現(xiàn)大量植物樣品——從擬南芥、玉米到各種其它植物的全方位生理生態(tài)與形態(tài)結(jié)構(gòu)成像分析，用于高通量植物表型成像分析測量、植物脅迫響應(yīng)成像分析測量、植物生長分析測量、生態(tài)毒理學(xué)研究、性狀識別及植物生理生態(tài)分析研究等。作為全球第一家研制生產(chǎn)植物葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)的廠家，PSI公司在植物表型成像分析領(lǐng)域處于全球的技術(shù)前列，大面積葉綠素?zé)晒獬上穹治龉δ苁筆lantScreen成為植物表型分析與功能成像分析的最為先進(jìn)的儀器設(shè)備，使植物生長、脅迫響應(yīng)等測量參數(shù)達(dá)100多個。

 

 

PlantScreen系統(tǒng)包括如下成像分析功能

 1.大型葉綠素?zé)晒獬上穹治觯簡畏上衩娣e35x35cm，成像測量參數(shù)包括Fo, Fm, Fv, Fo’, Fm’, Fv’, Ft, Fv/Fm, Fv’/Fm’, Phi_PSII, NPQ, qN, qP, Rfd等幾十個葉綠素?zé)晒鈪?shù)

 

 

 2.RGB成像分析：成像測量參數(shù)包括：

  1)葉面積（Leaf Area: Useful for monitoring growth rate）

  2)植物緊實(shí)度／緊密度（Solidity/Compactness. Ratio between the area covered by the plant’s convex hull and the area covered by the actual plant）

  3)葉片周長（Leaf Perimeter: Particularly useful for the basic leaf shape and width evaluation (combined with leaf area)）

  4)偏心率（Eccentricity: Plant shape estimation, scalar number, eccentricity of the ellipse with same second moments as the plant (0...circle, 1...line segment)）

  5)葉圓度（Roundness: Based on evaluating the ratio between leaf area and perimeter. Gives information about leaf roundness）

  6)葉寬指數(shù)（Medium Leaf Width Index: Leaf area proportional to the plant skeleton (i.e. reduction of the leaf to line segment)）

  7)葉片細(xì)長度SOL (Slenderness of Leaves)

  8)植物圓直徑（Circle Diameter. Diameter of a circle with the same area as the plant）

  9)凸包面積（Convex Hull Area. Useful for compactness evaluation）

  10)植物質(zhì)心（Centroid. Center of the plant mass position (particularly useful for the eccentricity evaluation)）

  11)節(jié)間距（Internodal Distances）

  12)生長高度（Growth Height）

  13)植物三維最大高度和寬度（Maximum Height and Width of Plant in 3 Dimensions）

  14)相對生長速率（Relative growth rate）

  15)葉傾角（Leaf Angle）

  16)節(jié)葉片數(shù)量（Leaf Number at Nodes）

  17)其它參數(shù)如用于植物適合度估算的顏色定量分級、綠度指數(shù)（Other parameters such as color segmentation for plant fitness evaluation, greening index and others）

 

 

 3.高光譜成像分析（選配），可成像并分析如下參數(shù)：

  1)歸一化指數(shù)（Normalized Difference Vegetation Index (NDVI)）

  2)簡單比值指數(shù)（Simple Ratio Index, Equation: SR = RNIR / RRED）

  3)改進(jìn)的葉綠素吸收反射指數(shù)（Modified Chlorophyll Absorption in Reflectance Index (MCARI1), Equation: MCARI1 = 1.2 * [2.5 * (R790- R670) - 1.3 * (R790- R550)]）

  4)最優(yōu)化土壤調(diào)整植被指數(shù)（Optimized Soil-Adjusted Vegetation Index (OSAVI) , Equation: OSAVI = (1 + 0.16) * (R790- R670) / (R790- R670 + 0.16)）

  5)綠度指數(shù)（Greenness Index (G), Equation: G = R554 / R677）

  6)改進(jìn)的葉綠素吸收反射指數(shù)（Modified Chlorophyll Absorption in Reflectance Index (MCARI), Equation: MCARI = [(R700- R670) - 0.2 * (R700- R550)] * (R700/ R670)）

  7)轉(zhuǎn)換類胡羅卜素指數(shù)（Transformed CAR Index (TCARI) , Equation: TSARI = 3 * [(R700- R670) - 0.2 * (R700- R550) * (R700/ R670)]）

  8)三角植被指數(shù)（Triangular Vegetation Index (TVI) , Equation: TVI = 0.5 * [120 * (R750- R550) - 200 * (R670- R550)]）

  9)ZMI指數(shù)（Zarco-Tejada & Miller Index (ZMI), Equation: ZMI = R750 / R710）

  10)簡單比值色素指數(shù)（Simple Ratio Pigment Index (SRPI), Equation: SRPI = R430 / R680）

  11)歸一化脫鎂作用指數(shù)（Normalized Phaeophytinization Index (NPQI), Equation: NPQI = (R415- R435) / (R415+ R435)）

  12)光化學(xué)植被反射指數(shù)（Photochemical Reflectance Index (PRI), Equation: PRI = (R531- R570) / (R531+ R570)）

  13)歸一化葉綠素指數(shù)（Normalized Pigment Chlorophyll Index (NPCI), NPCI = (R680- R430) / (R680+ R430)）

  14)Carter指數(shù)（Carter Indices , Equation: Ctr1 = R695 / R420; Ctr2 = R695 / R760）

  15)Lichtenthaler指數(shù)（Lichtenthaler Indices , Equation: Lic1 = (R790 - R680) / (R790 + R680); Lic2 = R440 / R690）

  16)SIPI指數(shù)（Structure Intensive Pigment Index (SIPI), Equation: SIPI = (R790- R450) / (R790+ R650)）

  17)Gitelson－Merzlyak指數(shù) （Gitelson and Merzlyak Indices , Equation: GM1 = R750/ R550; GM2 = R750/ R700）

 

 

 4.熱成像分析（選配）：用于成像分析植物在光輻射情況下的二維發(fā)熱分布，良好的散熱可以使植物耐受較長時間的高光輻射或低水條件（干旱）

 5.近紅外成像分析（選配）：用于觀測分析植物的水分狀態(tài)及其在不同組織間的分布變異，處于良好澆灌狀態(tài)的植物表現(xiàn)出對近紅外光譜的高吸收性，而處于干旱狀態(tài)的植物則表現(xiàn)出對近紅外光譜的高反射性，通過分析軟件可以監(jiān)測分析從干旱脅迫到再澆灌過程中的整個過程動態(tài)及植物對干旱脅迫的響應(yīng)和水分利用效率，并形成假彩圖像，可以與植物的形態(tài)指數(shù)及葉綠素?zé)晒庵笖?shù)進(jìn)行相關(guān)分析研究。

 

系統(tǒng)配置與工作原理

   PlantScreen植物表型成像分析系統(tǒng)XYZ三維移動成像版（PlantScreen XYZ Rototic System）基本配置包括自動化XYZ三維操作系統(tǒng)、RGB成像、FluorCam葉綠素?zé)晒獬上竦?，可選配高光譜成像、植物熱成像、植物近紅外成像、植物標(biāo)識系統(tǒng)等，成像系統(tǒng)由自動化三維機(jī)械臂移動到植物上方進(jìn)行成像分析等

 

技術(shù)指標(biāo)

 

 

 1.XYZ三軸機(jī)械臂可自由移動至植物上方成像分析，大小可根據(jù)客戶定制，標(biāo)準(zhǔn)配置移動成像平臺可在4個110x170cm的植物培養(yǎng)臺上XYZ三維移動掃瞄成像，培養(yǎng)臺高75cm，成像平臺100cm－150cm高度可調(diào)（自動控制）

 2.葉綠素?zé)晒獬上瘢虹R頭分辨率1392x1040像素，單幅成像面積35x35cm，測量光橙色618nm，橙色和白色雙波長光化學(xué)光，飽和光閃為白色，最大光強(qiáng)3600μmol/m²/s,具735nm紅外光源

 3.RGB成像：高靈敏度成像傳感器1/2.5”,分辨率2592x1944像素，像素大小2.2μm，自動或手動曝光和白平衡等，成像信息包括時間和位置，紀(jì)錄格式為日期－月份－年度－小時－分鐘－秒－Pos_X_Y_Z.bmp

 4.RGB成像分析處理：桶形畸變校準(zhǔn)功能、托盤探測與剪裁處理功能、背景減除功能

 5.NIR近紅外成像單元（選配）：可成像采集1450－1600nm水吸收波段，以反映植物水分狀況，在供水充沛情況下表現(xiàn)出高NIR吸收值，干旱脅迫情況下則表現(xiàn)出高NIR反射，NIR假彩色成像可以通過軟件反映和分析植物水分狀況

 6.高光譜成像單元（選配），1000-2500nm（SWIR）鏡頭或400-1000nm（VNIR）鏡頭，視野150x100cm

 7.熱成像單元：分辨率640x480像素，溫度范圍20－120°C，靈敏度NETD<0.05°C@30°C/50mK，成像面積可達(dá)150x150cm

 8.系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)：用戶友好的圖形界面，用戶定義、可編輯自動測量程序（protocols），控制單元有主電源開關(guān)、緊急關(guān)閉、XYZ三維軸啟動開關(guān)、暫停鍵、移動鍵等，用戶名和密碼保護(hù)

產(chǎn)地：歐洲