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PlantScreen高通量植物表型成像分析平臺（傳送帶版）（一） 

 PlantScreen高通量植物表型成像分析平臺由國際知名公司PSI公司研制生產，整合了LED植物智能培養(yǎng)、自動化控制系統、葉綠素熒光成像測量分析（可擴展多光譜熒光成像）、植物熱成像分析、植物近紅外成像分析、RGB真彩3D成像、高光譜成像、3D激光掃描成像分析、RhizoTron根系成像分析、自動條碼識別管理、自動稱重與澆灌系統等多項先進技術，以最優(yōu)化的方式實現大量植物樣品的全方位生理功能與形態(tài)結構自動成像分析，用于玉米、水稻、小麥、大豆及椰樹等熱帶作物高通量表型成像分析測量、脅迫響應成像分析測量、生長分析測量、生態(tài)毒理學研究、性狀識別、抗性篩選、作物遺傳育種及植物生理生態(tài)分析研究等。

PlantScreen技術特點

1.模塊式結構，配置靈活，可選配不同的功能模塊，系統具備強大的可擴展性

2.全球領先的FluorCam葉綠素熒光成像技術，是作物生理生態(tài)功能性狀的必備分析技術，配備獨有的高靈敏度葉綠素熒光成像鏡頭，成像面積可選配35cm x 35cm或80cm x 80cm

3.可選配不同的表型成像分析模塊：

 1)葉綠素熒光成像單元，單幅成像面積35cm x 35cm或選配80cm x 80cm

 2)多激發(fā)光、多光譜熒光成像模塊，包括GFP等熒光蛋白成像、多光譜熒光成像分析等

 3)3D RGB可見光成像分析單元，包括頂部和側面兩個高分辨率RGB鏡頭、0－360度旋轉平臺、光源燈

 4)高光譜成像分析單元，有VNIR高光譜和SWIR高光譜供選配

 5)紅外熱成像分析單元（標配頂部2維成像分析，可選配頂部與側面3D成像分析），用于對植物干旱脅迫、氣孔導度成像分析

 6)3D激光掃描單元，用于對作物3D點云模型和形態(tài)結構分析，PSI專業(yè)技術，可以把葉綠素熒光成像、高光譜成像等投射到3D點云模型上進行3D分析、作物生長模型研究等

 7)根系成像分析單元，RhizoTron根窗技術

 8)NIR（近紅外）成像單元，用于對植物水分狀態(tài)分析，可選配3D近紅外成像

 9)自動稱重與澆灌系統

4.世界獨創(chuàng)的智能LED光適應室，確保作物表型成像分析前穩(wěn)定可比的光適應和暗適應

5.Shoot & Root Phenotyping全面分析植物表型

6.植物傳送系統可根據客戶需求定制、擴展

7.客戶定制智能LED溫室或作物生長室（選配），可模擬晝夜節(jié)律、多云天氣等，傳送系統可自動將植物從生長室中傳送至光適應室然后進入成像室進行成像分析，并遠程在線瀏覽分析

8.功能強大的操作系統及作物表型大數據平臺，具備葉片跟蹤監(jiān)測功能、3D投射功能

9.PSI表型研究中心專家團隊技術支持，每年在美國和歐洲分別組織舉辦一次世界植物表型研討會

國際植物表型分析技術應用情況

作為全球第一家研制生產FluorCam植物葉綠素熒光成像系統的廠家，PSI公司在植物表型成像分析領域處于全球的技術前列，其FluorCam葉綠素熒光成像系統最先應用于植物表型分析研究，代表性論文如Celine Rousseau等（High throughput quantitative phenotyping of plant resistance using chlorophyll fluorescence image analysis, Plant Methods 2013）。在FluorCam技術基礎上集成RGB 3D成像分析、高光譜成像分析、近紅外成像分析、紅外熱成像分析及激光雷達掃描分析等先進技術的PlantScreen全自動高通量植物表型成像分析平臺，成為目前世界上最先進的表型組學和作物遺傳育種研究設備（應用案例另附）。

系統配置與工作原理

整套系統由自動化植物傳送系統、光適應室、FluorCam葉綠素熒光成像、RGB成像、高光譜成像、根系成像、植物紅外熱成像、植物近紅外成像、自動澆灌與稱重系統、植物標識系統、控制系統及表型大數據平臺等組成，溫室或生長室內植物通過自動識別傳送系統運送到光適應室內，然后進行必要的澆灌稱重，再由傳送帶到成像室進行成像分析等，最后植物自動返回原位。系統服務器及數據分析平臺在線采集分析并自動存儲至數據庫系統

技術指標

1.光適應室：

 ·對作物成像分析前進行均一穩(wěn)定的光適應或暗適應，以確保植物表型分析數據的可靠性

 ·智能冷白LED（6500K）+遠紅LED（735nm）光源，對植物無輻射升溫效應，光強1000 μmoles /m2/s 0-100%（步進增幅1%）可調

 ·適應室內由通風系統保持空氣交流通風

 ·具備植物高度激光監(jiān)測系統，以根據高度調整成像高度等

 ·具備激光定位系統，以調整控制植物移動與成像程序（imaging protocols）的同步性

 ·垂直簾門確保與環(huán)境光線及成像系統的隔離

 ·具備IP監(jiān)測鏡頭以始終保持對系統運行和植物移動狀況的監(jiān)視

 ·規(guī)格容量8盆／培養(yǎng)托

2.RGB 3D結構成像分析單元

 a)2個高分辨率RGB鏡頭（頂部和側面），新一代CMOS彩色傳感器，分辨率12.8Mpix（4096x3000），像素大小3.45μm

 b)成像高度可客戶定義或設置，范圍0-1050mm，精確度3mm

 c)360度旋轉平臺、LED均一光源照明

 d)數據傳輸：千兆以太網

 e)測量參數：葉面積、植物緊實度／緊密度、葉片周長、偏心率、葉圓度、葉寬指數、植物圓直徑、凸包面積、植物質心、生長高度、植物最大高度和寬度、相對生長速率等

 f)可進行顏色分割分析、植物適合度評價、實驗生長期葉面積動態(tài)變化比較分析、綠度指數、顏色分級分析（健康綠色、亮綠色、暗綠色、其他顏色）等表型參數

3.FluorCam葉綠素熒光成像單元

 a)成像面積：35×35cm或選配80x80cm

 b)橙色620nm LED脈沖調制測量光源

 c)雙色光化學光，橙色620nm LED和冷白LED光源

 d)冷白LED飽和光閃，最大光強4000 μmol(photons)/m2.s

 e)735nm LED紅外光源用于測量Fo’等

 f)可選配藍色光源與7位濾波輪，用于GFP穩(wěn)態(tài)熒光測量

 g)高靈敏度葉綠素熒光成像專業(yè)CCD傳感器，1.4M分辨率， A/D 16比特，具備視頻模式和快照模式

 h)測量參數：Fo、Fm、Fv、Fo'、Fm'、Fv'、Ft、Fv/Fm、Fv'/Fm'、PhiPSII、NPQ、qN、qP、Rfd、ETR等，用于分析植物光合效率、適合度、生物與非生物脅迫及作物抗性、恢復力等

 i)Fv/Fm、Kautsky誘導效應、熒光淬滅分析等完備自動化測量程序（protocols）與測量參數，如Fv/Fm程序測量時間僅需10s

 j)葉綠素熒光數據在線分析，包括柱狀圖、測量參數圖、數據表格等，具備自定義圖像分割等功能

4. 多光譜熒光成像模塊

 ·不僅可以運行PAM葉綠素熒光成像，還可以進行GFP/YFP等熒光蛋白成像、多光譜熒光成像

 ·9種LED激發(fā)光源：UV（365nm）、青色光源（440nm）、藍色光源（470nm）、綠色光源（530nm）、琥珀色光源（590nm）、橙色光源（630nm）、深紅色光源（660nm）、遠紅光源（730nm）及冷白光源（5700K）

 ·可成像分析多酚類（黃酮醇類、花青素等）、N素指數等

 ·分辨率1360x1024像素，binning 2x2、680x512像素

5. 紅外熱成像單元

 ·成像傳感器：焦平面陣列微測熱輻射計，分辨率 640×480 像素，靈敏度30mK（0.03°C），波段7.5-13μm；

 ·可選配高分辨率紅外熱成像，分辨率可達1024x768像素，靈敏度20mK（0.02°C）

 ·溫度范圍 -20 – 120℃，分辨率<0.03℃@30℃/30mK

 ·專用成像光源：冷白LED光源板，用于給測量植物提供穩(wěn)定熱環(huán)境，6500K，最大光強 1000 μmol(photons)/m2.s，0-100%可調

 ·具備溫度動態(tài)Protocols，光照強度、持續(xù)時間、熱成像分布數據同步獲取，以研究分析植物溫度分布動態(tài)等

 ·具備溫度參考傳感器（reference sensors）

 ·測量參數：植物每一點的實際溫度，植物表面溫度分布圖

 ·專業(yè)分析軟件用于數據獲取、分析、存儲等

6. NIR成像分析單元（選配）

 ·用于成像監(jiān)測分析植物水分狀態(tài)分布，具備假彩調色板，可以方便對比分析，快速監(jiān)測脫水植物，因而可以監(jiān)測評估干旱脅迫條件下植物水分的動態(tài)變化響應及水分利用效率等

 ·可與RGB成像形態(tài)結構參數及FluorCam光合效率參數進行相關分析等；可完整記錄追溯干旱過程與復水過程的動態(tài)響應等

 ·通過測量水分吸收光譜和940nm參考光譜，有效避免環(huán)境光及陰影效應

 ·InGaAs傳感器，有效芯片大小9.6x7.7mm，波段范圍900－1700nm，分辨率638x510像素，幀頻118fps，A/D 14比特

 ·可選配頂部與側面雙鏡頭三維成像分析

 ·選配根系成像分析單元，以對根系進行近紅外成像分析

7. 可見光-近紅外高光譜成像單元

 ·成像波長范圍：400-950nm（或350-900nm）

 ·成像傳感器：推掃式線性掃描傳感器，配備專用掃描光源

 ·像素色散：0.28nm／pixel

 ·光譜分辨率0.8nm FWHM

 ·光譜帶數（波段數）：1920個波段

 ·空間分辨率：1000

 ·入射狹縫寬度：25μm

 ·幀頻：45fps

 ·CMOS檢測器，光圈F/2.0，GigE網絡接口

 ·自動參考校準，線性掃描，高度可調

 ·測量參數：每個波段的反射光譜成像圖及全光譜曲線，并可自動計算以下植被指數：歸一化指數NDVI、簡單比值指數SR、改進的葉綠素吸收反射指數MCARI、改進的葉綠素吸收反射指數1MCARI1、最優(yōu)化土壤調整植被指數OSAVI、綠度指數G、轉換類胡羅卜素指數TCARI、三角植被指數TVI、ZMI指數、簡單比值色素指數SRPI、歸一化脫鎂作用指數NPQI、光化學植被反射指數PRI、歸一化葉綠素指數NPCI、Carter指數、Lichtenthaler指數、SIPI指數、Gitelson－Merzlyak指數、花青素反射指數等等

8. 短波紅外高光譜成像單元

 ·成像波長范圍：900-1700nm

 ·成像傳感器：推掃式線性掃描傳感器，配備專用掃描光源

 ·光譜分辨率：2nm（FWHM）

 ·光譜帶數：510個波段

 ·空間分辨率636

 ·測量參數：每個波段的反射光譜成像圖及全光譜曲線，無損測量植物整體及不同部位水分含量變化（右圖中藍色越深含水量越高）

9. 3D激光掃描單元

 ·頂部與側面激光掃描，660nm激光，用于植物精確3D模型構建，分辨率低于1mm

 ·頂部掃描距離60cm，客戶定義側面掃描距離

 ·3D點云模型，RGB成像、葉綠素熒光成像數據等可與3D模型疊加分析

 ·植物結構、生物量、葉片數量、葉面積、葉片傾斜角度、植物高度等結構形態(tài)參數