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手艺(Technology)

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PlantScreen大型版植物表型成像剖析系统（一）

时间：2020-02-20

作者：Z6尊龙凯时

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简介：

PlantScreen大型版植物表型成像剖析系统

PlantScreen大型版植物表型成像系统由捷克PSI公司研制生产，整合了LED植物智能作育、自动化控制系统、叶绿素荧光成像丈量剖析、植物热成像剖析、植物近红外成像剖析、植物高光谱剖析、自动条码识别治理、RGB真彩3D成像、自动称重与浇灌系统等多项先进手艺。主要适用于40cm-120cm高的水稻、小麦、玉米、棉花等大型植物的全方位心理生态与形态结组成像剖析，用于高通量植物表型成像剖析丈量、植物胁迫响应成像剖析丈量、植物生长剖析丈量、生态毒理学研究、性状识别及植物心理生态剖析研究等。作为全球第一家研制生产植物叶绿素荧光成像系统的厂家，PSI公司在植物表型成像剖析领域处于全球的手艺前线，大面积叶绿素荧光成像剖析功效为其独吞手艺，使PlantScreen成为植物表型剖析与功效成像剖析的最为先进的仪器装备，丈量种种表型参数达100多个。

系统组成：

整套系统由自动化植物传送系统、光顺应室、3D结构RGB成像单位、FluorCam叶绿素荧光成像单位、可见光-近红外高光谱成像单位、短波红外高光谱成像单位、热成像单位、自动浇灌与称重单位以及由控制调理服务器、应用服务器、数据服务器、可编程序逻辑控制器及专用剖析软件组成的主控制大数据平台等子系统组成。所有成像剖析单位与传送系统都安排于可准确控制情形条件的FS-WI大型植物生长室内，包管植物样品生长条件的可控性和均一性。整套系统可凭证用户现实需要定制，高度契适用户的现实需求。

手艺指标：

1.光顺应室

· 提供均一稳固的情形条件，使植物在进入成像丈量单位前调解到相同的生长状态；同时为叶绿素荧光成像丈量举行暗顺应或光顺应预处置惩罚

· 光源：冷白LED（6500K）+远红LED（735nm），光强0-100%可调，对植物无辐射升温效应

· 尺寸：9120mm×1200×2800mm，可凭证用户需求定制

· 容量：13盆植物同时举行顺应（高1200mm，直径600mm）

2. 光幕系统

· 丈量参数：准确丈量植物高度，各成像单位凭证丈量效果调解成像传感器高度和位置

· 丈量规模：0 – 1250 mm

· 区分率：2.5mm

3.3D结构RGB成像单位

· 最大丈量植物体积：1010 mm×1010 mm×1250 mm（长×宽×高）

· 高度调解规模：0 – 1250 mm

· 调解精度：±3mm

· 区分率：2560×1920，可选配线性扫描传感器4096 - 6144像素/线，17-26000线/秒

· 成像时间：<10s

· 数据传输：千兆以太网

· 3D成像专用旋转台：0-360°自由旋转，用于3D模子重修

· 专用成像光源板：冷白光LED光源板，可自动调解差别光强以获得最佳成像效果，侧面光源板1010 mm×1250 mm，顶部光源板1010 mm×1010 mm

· 丈量参数：叶面积、植物紧实度／细密度、叶片周长、偏心率、叶圆度、叶宽指数、植物圆直径、凸包面积、植物质心、生长高度、植物最大高度和宽度、相对生长速率、颜色划分的植物顺应度评价、叶面积差别较量、绿度指数、颜色孝顺度分级（康健绿色、亮绿色、暗绿色、其他颜色）等表型参数，并可选配3D重修模子功效

4. FluorCam叶绿素荧光成像单位

· 成像面积：35×35cm或80×80cm

· 高度调解规模：0 – 2005 mm

· 丈量光源：橙色618nmLED

· 光化学光源：双色光化学光，橙色618nm LED和冷白LED，可选配蓝色（455nm）、品蓝（470nm）、青色（505nm）、绿色（570nm）、橙色（605nm）等，最大光强300-2500?mol(photons)/m?.s，可升级至5000?mol(photons)/m?.s

· 饱和光源：冷白光LED，最大光强3000 ?mol(photons)/m?.s，可升级至10000 ?mol(photons)/m?.s

· 远红光源：735nmLED

· 7位滤波轮（选配）：加装差别波段滤波片，配合响应的光源丈量GFP等荧光卵白

· 成像传感器：高区分率TOMI-2 CCD传感器

a) 逐行扫描CCD

b) 最高图像区分率：1360×1024像素

c) 时间区分率：在最高图像区分率下可达每秒20帧

d) A/D 转换区分率：16位（65536灰度色阶）

e) 像元尺寸：6.45?m×6.45?m

f) 运行模式：1）动态视频模式，用于叶绿素荧光参数丈量；2）快照模式，用于GFP等荧光卵白和荧光染料丈量

g) 通讯模式：千兆以太网

· 丈量程序与丈量参数：

a) Fv/Fm：丈量参数包括Fo，Fm，Fv，QY等

b) Kautsky诱导效应：Fo，Fp，Fv，Ft_Lss，QY，Rfd等荧光参数

c) 荧光淬灭剖析：Fo, Fo’, Fs, Fm, Fm’, Fp, FtDn, FtLn, Fv, Fv'/ Fm', Fv/ Fm ,Fv',Ft,ΦPSII, NPQ_Dn, NPQ_Ln, Qp_Dn, Qp_Ln, qN, qL, QY, QY_Ln, Rfd, ETR等50多个参数

d) 光响应曲线LC：Fo，Fm，QY，QY_Ln，ETR等荧光参数

5.可见光-近红外高光谱成像单位

· 成像面积：顶部1010mm×传送带长度，侧面1250mm×传送带长度

· 高度调解规模：0 – 1250 mm

· 调解精度：±3mm

· 成像波长规模：380-1000nm

· 成像传感器：推扫式线性扫描传感器，配备专用扫描光源

· 像素色散：0.98nm

· 光谱带：675

· 帧率：12-236

· 丈量参数：每个波段的反射光谱成像图及全光谱曲线，并可自动盘算以下植被指数：归一化指数NDVI、简朴比值指数SR、刷新的叶绿素吸收反射指数MCARI、刷新的叶绿素吸收反射指数1MCARI1、最优化土壤调解植被指数OSAVI、绿度指数G、转换类胡罗卜素指数TCARI、三角植被指数TVI、ZMI指数、简朴比值色素指数SRPI、归一化脱镁作用指数NPQI、光化学植被反射指数PRI、归一化叶绿素指数NPCI、Carter指数、Lichtenthaler指数、SIPI指数、Gitelson－Merzlyak指数等

6. 短波红外高光谱成像单位

· 成像面积：顶部1010mm×传送带长度，侧面1250mm×传送带长度，可与可见光-近红外高光谱成像单位共用一个成像室

· 高度调解规模：0 – 1250 mm

· 调解精度：±3mm

· 成像波长规模：900-2500nm

· 成像传感器：推扫式线性扫描传感器，配备专用扫描光源

· 像素色散：0.75nm

· 光谱带：200

· 帧率：60-100

· 丈量参数：每个波段的反射光谱成像图及全光谱曲线，无损丈量植物整体及差别部位水分含量转变

7.热成像单位

· 高度调解规模：0 – 1250 mm

· 调解精度：±3mm

· 成像传感器：焦平面阵列微测热辐射计，区分率 640×480 像素，温度规模 -20– 120℃，热迅速度<0.05℃@30℃/50mK，焦距规模 40– 50cm

· 专用成像光源：冷白LED光源板，用于给丈量植物提供稳固热情形，最大光强 1000?mol(photons)/m?.s，0-100%可调

· 丈量参数：植物每一点的现实温度，植物外貌温度漫衍图

8. 自动浇灌与称重单位

· 丈量参数：现实重量、浇水体积、最终重量、每个作育盆的相对重量

· 操作指令：每个作育盆浇相同量的水（绝对克数或者现实重量的百分比）；坚持相对重量；自界说每个作育盆的浇灌量模拟差别干旱或者内涝胁迫；可选配营养供应系统随浇灌定量供应植物营养（如氮肥等），模拟差别养分缺失状态；称重前自动零校准，还可通过已知重量（如砝码）物品自动举行再校准

· 最大承载量：大型植物10000g，小型植物500g，清静负载200%

· 称重精度：大型植物±2g，小型植物±0.2g

· 浇灌单位：流速3L/min，浇灌口高度可自动上下前后调解，包管最佳浇灌位置

9. 自动化植物传送系统

· 传送植物大�。焊叨茸畲�1500mm，直径最大1000mm

· 同步传送作育植物数目：大型单株植物176株，每列22株，共8列；小型植物3520株，176个样品托盘，每托盘20株；可凭证用户需求定制

· 作育盆：防UV聚丙烯质料，直径9英寸、6英寸大型作育盆或35×30cm小型植物托盘

· 环形传送通道：具变速箱的三相异步马达，功率200-1000W，最大负载500kg，速率150mm/s，传送带质料为防UV高耐用PVC

· 移动控制系统：中央处置惩罚单位CJ2M-CPU33；数字输入/输出最大2560点；输入/输出单位最大40；温度传感器Pt1000，Pt100，PTC；PLC通讯百兆以太网；OMRON MECHATROLINK-II 最大16轴准确定位

· 二维码读取器：自动读取每个样品托盘上的二维编码；辨识距离2-20cm；通讯RS485；可读取1维、2维和QR码；配备LED光源便于弱光下辨识

· 情形监测传感器：温湿度传感器、PAR光合有用辐射传感器、LM500光谱传感器

· 由主控制系统划分自动调控每一个样品托盘的丈量时间、丈量顺序、丈量参数、浇灌时间和浇灌量，从丈量单位到作育室的样品运转整个历程可实现完全自动控制，在无人值守情形下凭证预想程序自行完玉成部实验丈量事情。

10. FS-WI大型植物生长室

· 尺寸：11m×5.5m；可凭证用户需求定制

· 作育面积：60.5m²；可凭证用户需求定制

· 光源：冷白LED（6500K）+远红LED（735nm），其他光源如RGB三色光源板可定制，可0-100%调控，专用光源制冷气流通道，可编程模拟昼夜周期转变、日升日落等自然界中光情形转变以及其他种种恣意转变

· 最大均质光强：1000?mol(photons)/m?.s，可定制更高光强

· 控温规模：10℃-40℃（控制效果与光强和情形温度有关，室温最高为30℃），可定制更大控温规模，可编程模拟昼夜周期转变、日升日落等自然界中温度转变以及其他种种恣意转变

· 控湿规模：40-80%±7%（控制效果与光强有关），可编程模拟昼夜周期转变、日升日落等自然界中湿度转变以及其他种种恣意转变

· 透风流速：1200L/hour，无风效应，层流式气体交流，专用通民俗流通道

· 内部质料：专用生物相容性子料

韩国大邱庆北科学手艺院为PlantScreen表型成像系统配备的FS-WI大型植物生长室

11. 主控制大数据平台

· 组成：控制调理服务器、应用服务器、数据服务器、可编程序逻辑控制器及专用剖析软件等

· 自动控制与剖析功效：具备用户界说、可编辑自动丈量程序（protocols），凭证用户设定程序自动完玉成部实验。数据效果自动存储并剖析，剖析的数据效果可自动以动态曲线的形式显示。

· MySQL数据库治理系统，可以处置惩罚拥有上万万条纪录的大型数据库，支持多种存储引擎，相关数据自动存储于数据库中的差别表中

· 植物编码注册功效：包括植物识别码、所在托盘的识别码等存储在数据库中，丈量时自动提取自动读取条形码或RFID标签

· 触摸屏操作界面，在线显示植物托盘数目、光线强度、剖析丈量状态及效果等，轻松通过软件完全控制所有的机械部件和成像事情站

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