高通量植物表型成像系統(tǒng) 植物表型成像系統(tǒng)儀器概述：

高光譜植物表型成像是主要用于對(duì)植物表型進(jìn)行測量與分析的設(shè)備。系統(tǒng)分別在頂部、側(cè)上方以及側(cè)下方設(shè)置了可見光成像單元，在側(cè)下方設(shè)置了高光譜成像單元，根據(jù)底部旋轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而獲取植物的表型信息。系統(tǒng)使用了以人工智能為基礎(chǔ)的三維成像技術(shù)，以多視角結(jié)合的方式動(dòng)態(tài)生成植物的三維模型，并且可以根據(jù)模型計(jì)算植物的株寬、株高、骨架、ASM、SSIM、NDVI等形態(tài)、顏色、紋理、高光譜參數(shù)。適用于分析禾本科、茄科、十字花科、豆科等植物，主要用于植物生理學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、植物保護(hù)等領(lǐng)域。

高通量植物表型成像系統(tǒng) 植物表型成像系統(tǒng)測量參數(shù)：

形態(tài)：正株寬、側(cè)株寬、株高、寬高比、緊實(shí)度、偏心率、圓度、矩形度、矩形長寬比、分形維數(shù)、總骨架長度、平均波段長度、端點(diǎn)數(shù)、分叉點(diǎn)數(shù)、分枝級(jí)數(shù)、分枝角度、側(cè)視投影面積、頂視投影面積、投影面積比、側(cè)視凸包周長、頂視凸包周長、凸包周長比、總鮮重

顏色：（分頂視與側(cè)視）R、G、B、L、a、b（Lab參數(shù)默認(rèn)使用D65光源，2°觀察者視角）、H、S、V、gray

紋理：Contrast（對(duì)比度）、Correlation（相關(guān)性）、Entropy（熵值）、ASM（角二階矩值）、Second Moment（二階矩值）、Third Moment(三階矩值)、Fourth Moment（四階矩值）、Homogeneity（同質(zhì)性）、Dissimilarity（相似性）、Variance（灰度方差）、Sum Variance（和方差值）、Sum Average（和平均值）、Difference Variance（全局差分方差值）、SSIM（結(jié)構(gòu)相似度指數(shù)）

高光譜：NDVI（歸一化植被指數(shù)）、GNDVI（綠光NDVI）、NLI（非線性植被指數(shù)）、EVI（增強(qiáng)植被指數(shù)）、SAVI（土壤調(diào)整VI）、DVI（差值植被指數(shù)）、RDVI（重歸一化差值）、TVI（三角植被指數(shù)）、MSR（修正簡單比）、SPVI（土壤調(diào)節(jié)比）、OSAVI（優(yōu)化土壤調(diào)整VI）、MSAVI2（修正土壤調(diào)整植被指數(shù)2）、EVI2（雙波段增強(qiáng)植被指數(shù)）、MTVI2（修正三角植被指數(shù)2）、MCARI（修正葉綠素吸收比）、TCARI（三波段葉綠素指數(shù)）、GCI（葉綠素-綠度指數(shù)）、CVI（葉綠素植被指數(shù)）、GM1（Gitelson-Meri 1）、GM2（Gitelson-Meri 2）、MTCI（墨爾本葉綠素指數(shù)）、CIred edge（紅邊葉綠素指數(shù)）、REIP（紅邊位置）、PRI570（570nm光化學(xué)反射指數(shù)）、NIRv（近紅外植被反射率）、NIRvP（近紅外植被反射率與光合有效輻射的乘積）、VOG（紅邊指數(shù)）、ARI（花青素反射指數(shù)）、ARI2（花青素反射指數(shù)2）、FLAV（黃酮指數(shù)）、SIPI（結(jié)構(gòu)不敏感色素指數(shù)）、CRI550（類胡蘿卜素指數(shù)1）、CRI700（類胡蘿卜素指數(shù)2）、WI（水分指數(shù)）、WBI（水帶指數(shù)）、PSRI（植物衰老反射指數(shù)）、NPCI（歸一化植物脅迫指數(shù)）、RENDVI（紅邊NDVI）、REP（紅邊位置）、PRI（光化學(xué)反射指數(shù)）、Vog1（Vogelmann 1）、Vog2（Vogelmann 2)、DATT（氮指數(shù)）、RSRI（水稻穗腐病指數(shù)）、NIR-Slope（質(zhì)構(gòu)/硬度代理）、Maturity Index1（著色-結(jié)構(gòu)組合）、Maturity Index2（色素-水分組合）、BGI2（藍(lán)綠指數(shù)2）、ARI3（水體藻類指數(shù)）、BGI1（藍(lán)綠指數(shù)1）、NDCI（歸一化葉綠素a指數(shù)）、NPQI（歸一化藻類指數(shù)）、GFP（綠色熒光蛋白）、YFP（黃色熒光蛋白）、RFP（紅色熒光蛋白）、mRFP（紅色熒光蛋白）、FLuc（螢火蟲熒光素酶）、RLuc（海腎熒光素酶）

植物表型成像系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)：

植物高度：300-1000mm

植物寬度：100-500mm

植物鮮重：100-75000g

高光譜范圍：400-1000nm

光譜分辨率：優(yōu)于2.5nm

光譜通道：1200個(gè)

光源：低頻閃高光質(zhì)鹵素?zé)?/span>

箱體尺寸：1500mm(長)×830mm(寬)×2140mm(高)

高光譜植物表型成像儀 高光譜植物表型成像分析儀儀器功能：

1、圖像自適應(yīng)：系統(tǒng)自動(dòng)評(píng)測植物大小，并根據(jù)測量結(jié)果自動(dòng)拍攝圖像；在超大植物情況時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)拼接處理圖片；

2、溫感與濕感：內(nèi)置溫、濕度傳感器，實(shí)時(shí)反饋內(nèi)部環(huán)境；

3、儀器控制：外置10寸觸摸屏，可以查看箱體內(nèi)部溫度與濕度，控制箱體內(nèi)部的光照強(qiáng)度、箱門的開關(guān)與外側(cè)運(yùn)行燈光的開啟等；也可通過電腦軟件控制操作

4、鏡頭操作：根據(jù)拍攝植物大小，用戶可以通過軟件控制電機(jī)將鏡頭抬高或者降低、機(jī)身升高或者下落，以尋找最合適的拍攝位置

5、相機(jī)分辨率：系統(tǒng)光學(xué)成像單元zui高支持1200萬像素，用戶可以根據(jù)需要選擇合適的分辨率；

6、2D分析模塊：該模塊支持高通量2D分析模式，可在1分鐘內(nèi)完成單一樣品的快速檢測，并自動(dòng)生成包含形態(tài)、顏色及紋理參數(shù)的初步2D分析報(bào)告；該模塊適用于連續(xù)作業(yè)，具備并行處理能力，確保檢測流程不中斷

7、3D成像與分析模塊：在2D分析完成后，用戶可按需選擇3D成像分析；3D模型在后臺(tái)自動(dòng)排隊(duì)生成，同步輸出3D形態(tài)參數(shù)、顏色參數(shù)及紋理參數(shù)，且不阻塞2D分析的連續(xù)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)檢測與建模的流水線作業(yè)

8、3D模型：系統(tǒng)基于多視角圖像序列，采用計(jì)算機(jī)視覺算法動(dòng)態(tài)生成植物的高精度3D模型，該模型支持真三維空間下的任意縮放、旋轉(zhuǎn)及平移操作，能夠量化分析植物處于空間中心點(diǎn)時(shí)的表型參數(shù)，如株高、冠層體積、分枝角度等結(jié)構(gòu)特征，實(shí)現(xiàn)了從二維平面觀測到三維立體解析的跨越

9、上傳云端：綁定設(shè)備編號(hào)后可以將分析后的植物表型參數(shù)數(shù)據(jù)保存至云端，并支持隨時(shí)查看云端數(shù)據(jù)；

10、對(duì)焦與變焦：系統(tǒng)支持自動(dòng)對(duì)焦，也支持用戶在軟件中手動(dòng)對(duì)焦，對(duì)焦方式用戶可以在軟件設(shè)置界面中修改，同時(shí)系統(tǒng)也支持光學(xué)變焦，用戶可以在軟件中手動(dòng)調(diào)整鏡頭到合適位置

11、數(shù)據(jù)查看：查看記錄界面可實(shí)現(xiàn)形態(tài)、顏色、紋理參數(shù)的分析結(jié)果匯總，可查看結(jié)果詳情，也可以刪除任意分析結(jié)果；高光譜分析結(jié)果查看界面可顯示高光譜原始數(shù)據(jù)、58個(gè)參數(shù)計(jì)算結(jié)果及高光譜折線圖；

12、高光譜采集：高光譜相機(jī)在預(yù)裝過程中已完成校準(zhǔn)，在設(shè)定采集參數(shù)后可直接進(jìn)行高光譜數(shù)據(jù)的采集，采集完成后支持光譜spe文件以及指定區(qū)域高光譜數(shù)值文件的導(dǎo)出，支持高光譜圖像保存；

13、高光譜分析：在高光譜分析界面，軟件根據(jù)采集的高光譜數(shù)據(jù)使用標(biāo)準(zhǔn)通用公式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果保存將保存在analysis_result.json文件中

14、高效采集與解析:采集時(shí)間40秒/株;解析時(shí)間30秒株

15、導(dǎo)出：可以對(duì)每條分析結(jié)果執(zhí)行導(dǎo)出操作，也可以將所有分析結(jié)果導(dǎo)出，支持用戶手動(dòng)導(dǎo)出3D模型展示視頻；

16、修改：可以在軟件設(shè)置界面修改分析結(jié)果導(dǎo)出路徑、模型存儲(chǔ)路徑以及視頻保存路徑；

17、語言：支持軟件界面的中英文一鍵切換；

18、軟件提供測試電腦zui大分辨率的關(guān)聯(lián)子程序；

19、稱重：植物放置到轉(zhuǎn)盤后自動(dòng)稱重并將結(jié)果同步顯示至軟件界面；

20、可移動(dòng)設(shè)計(jì)：集成化箱體，支持室內(nèi)任意位置擺放及移動(dòng)

21、安全規(guī)范：儀器根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范已安裝各種探測開關(guān)、傳感器以及限位器，防止用戶誤操作或越程問題；

22、高光譜植物表型成像儀 高光譜植物表型成像分析儀電腦系統(tǒng)：Windows操作系統(tǒng)、NVIDIA顯卡(zui低8G顯存)、運(yùn)行內(nèi)存不低于8GB、zui低i5 CPU處理器。

高通量植物表型成像儀，作為現(xiàn)代植物科學(xué)研究體系中的核心基礎(chǔ)設(shè)施，正悄然重塑著研究人員觀察與理解生命的方式。它不再僅僅是傳統(tǒng)相機(jī)的延伸，而是一個(gè)高度集成化、自動(dòng)化的表型信息捕獲與分析平臺(tái)。整個(gè)系統(tǒng)通常構(gòu)建在一個(gè)精密控制的自動(dòng)化傳送平臺(tái)上，實(shí)驗(yàn)盆栽被精確置放，由傳送帶平穩(wěn)運(yùn)載，依次通過一個(gè)或多個(gè)定制化的成像艙室，整個(gè)過程無需人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大批量植株的連續(xù)、無損檢測。

成像艙室是其技術(shù)精髓的集大成之地。在這里，成像單元早已超越了可見光攝影的范疇，形成了一套多維度、多尺度的感知陣列。高分辨率可見光成像模塊負(fù)責(zé)捕捉植株的宏觀形態(tài)結(jié)構(gòu)，如株高、葉面積、葉片數(shù)目及其空間分布，其精度可達(dá)亞毫米級(jí)別。而紅外熱成像模塊則能非侵入式地獲取葉片表面的溫度分布圖，為研究植物的水分狀況與蒸騰作用提供了直觀窗口。更深入的洞察則來自多光譜與高光譜成像系統(tǒng)，它們?nèi)缤瑸橹参镔x予了“光譜指紋"，能在數(shù)百個(gè)窄波段上同時(shí)獲取圖像數(shù)據(jù)，從而精細(xì)解析葉片內(nèi)部的色素含量（如葉綠素、類胡蘿卜素）、水分含量、氮素狀況乃至早期脅迫引起的細(xì)微生理變化。

如此海量、多源的數(shù)據(jù)流，對(duì)后續(xù)的信息處理能力提出了較高要求。因此，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理與分析軟件構(gòu)成了儀器不可分割的“大腦"。它不僅要實(shí)現(xiàn)圖像的自動(dòng)校準(zhǔn)、拼接與對(duì)齊，更要依托機(jī)器學(xué)習(xí)與計(jì)算機(jī)視覺算法，從原始圖像中自動(dòng)識(shí)別、分割目標(biāo)器官（如單葉、莖桿、果實(shí)），并批量提取出數(shù)百項(xiàng)乃至上千項(xiàng)定量的表型參數(shù)。這個(gè)從圖像到數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化過程，是表型研究的核心價(jià)值所在。軟件平臺(tái)通常提供可視化工具和統(tǒng)計(jì)模塊，允許研究人員快速瀏覽數(shù)據(jù)趨勢、進(jìn)行基因型間的比較分析，或直接將標(biāo)準(zhǔn)化的表型矩陣導(dǎo)出，用于后續(xù)的遺傳關(guān)聯(lián)分析或模型構(gòu)建。

高通量植物表型成像儀的運(yùn)行，標(biāo)志著植物表型研究從依賴人工測量與主觀判斷的“手工業(yè)時(shí)代"，邁入了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化、數(shù)字化的“工業(yè)時(shí)代"。它將原本耗時(shí)費(fèi)力的表型鑒定，轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N可編程、可重復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)化流程，極大地提升了數(shù)據(jù)產(chǎn)出的通量與客觀性，為揭示基因型、環(huán)境與復(fù)雜表型之間的深層關(guān)聯(lián)，提供了強(qiáng)大工具和數(shù)據(jù)基石。