便攜式多光譜植物表型成像系統(tǒng)

產(chǎn)品型號(hào)： Videometer LiteField

所屬分類：田間植物表型成像系統(tǒng)

更新時(shí)間：2024-01-03

簡(jiǎn)要描述：Videometer Lite便攜式多光譜植物表型成像系統(tǒng)采用了LED頻閃光源系統(tǒng)，有效組合了7個(gè)波長(zhǎng)測(cè)量，并生成圖譜合一的融合光譜圖像，每個(gè)像素對(duì)應(yīng)一個(gè)不同反射光譜。

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Videometer Lite采用了LED頻閃光源系統(tǒng)，有效組合了7個(gè)波長(zhǎng)測(cè)量，并生成圖譜合一的融合光譜圖像，每個(gè)像素對(duì)應(yīng)一個(gè)不同反射光譜。該設(shè)備包括可見光以及NIR近紅外波段，用于作物表型、植物病害等等進(jìn)行精確、全面檢測(cè)。該便攜式Videometer Lite可搭載到推車支架上，在田間使用，也可手持使用，是一款多功能成像平臺(tái)。

便攜式多光譜植物表型成像系統(tǒng)主要功能

結(jié)合可見光成像和光譜成像優(yōu)點(diǎn)

對(duì)種子、病害表型成像

便攜設(shè)計(jì)，方便帶到溫室或野外使用

標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)功能，數(shù)據(jù)可重復(fù)

經(jīng)驗(yàn)豐富的專家根據(jù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的軟件，操作簡(jiǎn)單，解決農(nóng)業(yè)應(yīng)用中遇到的問(wèn)題

內(nèi)置顏色校正

標(biāo)配7個(gè)光譜波段，并不斷升級(jí)中 

便攜式多光譜植物表型成像系統(tǒng)產(chǎn)品說(shuō)明

該系統(tǒng)也可以對(duì)細(xì)菌、真菌、蟲卵等進(jìn)行高通量成像測(cè)量，進(jìn)行毒理學(xué)或其它研究，用于食品谷物、作物、肉品等等進(jìn)行精確、全面品質(zhì)檢測(cè)。Videometer系統(tǒng)生成圖片可用其它分析系統(tǒng)進(jìn)行分析，如Matlab等。考慮到Videometer Lite可能需要經(jīng)常帶到溫室、野外或其它地方進(jìn)行測(cè)量，因此它被設(shè)計(jì)成可便攜攜帶的樣式。

VideometerLab Lite的工作軟件由Videometer公司*的生物信息學(xué)和軟件團(tuán)隊(duì)開發(fā)，充分考慮在實(shí)際應(yīng)用的需求，操作簡(jiǎn)單，功能*。Videometer還在不斷研究、升級(jí)新算法，適合各種需求。

VideometerLab Lite便攜式種子表型多光譜成像系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量種子在7種不同波長(zhǎng)（波長(zhǎng)范圍405-850nm）的LED頻閃光下的成像來(lái)獲取有用的信息。這些圖像可以獨(dú)立分析使用，也可以疊加起來(lái)合成高分辨率的顏色圖像。基礎(chǔ)整合模塊，含7個(gè)波段多光譜成像系統(tǒng)。軟件可進(jìn)行顏色校準(zhǔn)，標(biāo)簽識(shí)別，灰度圖轉(zhuǎn)換等。

田間多光譜表型成像系統(tǒng)應(yīng)用

表型性狀分析/挖掘，基因型-表型關(guān)聯(lián)

農(nóng)業(yè)育種

園藝學(xué)、農(nóng)業(yè)信息學(xué)

果實(shí)品質(zhì)分析

植物病理研究

生物量分析

種子萌發(fā)研究

抗逆研究

直接測(cè)量的參數(shù)

尺寸

形狀

顏色

形態(tài)紋理

光譜質(zhì)構(gòu)

與表面化學(xué)相關(guān)的光譜成分

計(jì)數(shù)

間接測(cè)量或計(jì)算

種子純度

發(fā)芽百分比

發(fā)芽率

種子活力

種子健康度

種子成熟度

種子壽命等

主要特點(diǎn)

集成球體提供均勻和彌散光線照明

10-15秒鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)光譜成像和定量分析

7不同波長(zhǎng)/光源

3百萬(wàn)像素/波長(zhǎng)，提供,2100萬(wàn)像素/幀分辨率

標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備包括易于使用設(shè)備校準(zhǔn)

與傳統(tǒng)RGB技術(shù)相比具有*彩色測(cè)量功能

根據(jù)應(yīng)用需求可自動(dòng)切換動(dòng)態(tài)范圍

光源壽命長(zhǎng)、可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)

LED光源技術(shù)穩(wěn)定性增強(qiáng)

研究用*探索軟件

易用常規(guī)應(yīng)用配方構(gòu)建工具（建模）

成像特點(diǎn)

快速、無(wú)損檢測(cè)

包括處理在內(nèi)每樣品處理僅需10-20秒

與其它破壞性技術(shù)組合

高靈活性測(cè)量

主要專注：可重復(fù)洗、可追溯性、耐用性、可傳遞性

技術(shù)參數(shù)

全套分析時(shí)間10-15秒/樣品

電源：5 V DC 3 A

電源功耗300 VA

環(huán)境溫度操作: 5-40℃，儲(chǔ)存-5-50℃

環(huán)境濕度20-90 % RH相對(duì)濕度，非冷凝

軟件備選：圖像處理工具包 (IPT)

光譜成像工具盒 (MSI)          

斑點(diǎn)工具盒

設(shè)備尺寸： 270  mm(h) * 240 mm(w) * 200 mm(d)

重量：1.1kg  

案例應(yīng)用

由葉綠素/成熟度區(qū)分種子

來(lái)自英國(guó)的科學(xué)家研究重點(diǎn)是對(duì)高級(jí)成像技術(shù)進(jìn)行評(píng)估，以對(duì)根定植進(jìn)行真菌檢測(cè)和精確定量，通過(guò)測(cè)量光合參數(shù)評(píng)估對(duì)地上部健康的影響。研究中使用了VideometerLab 多光譜成像系統(tǒng)。

圖中顯示“Take-all"感染小麥幼苗。左側(cè)是原始圖像，有紅色箭頭標(biāo)示“take-all "損失，用手工評(píng)分；右圖是相同圖像經(jīng)‘VideometerLab’分析，將根組織分類為感病(藍(lán)色)和健康(桔色/黃色)。

利用Videometer多光譜成像系統(tǒng)對(duì)藜麥霜霉病成像

藜麥(Chenopodium quinoa)是一種作物，營(yíng)養(yǎng)豐富，在多個(gè)國(guó)家廣有種植。真菌病如霜霉病限制了谷物產(chǎn)量，培育抗性品系，如抗霜霉病品系是藜麥育種的中心目標(biāo)。

利用常規(guī)RGB成像來(lái)測(cè)量藜麥對(duì)霜霉病的表型反應(yīng)(Peronospora variabilis ) 測(cè)量比較困難，原因在于來(lái)自不同藜麥基因型在葉片上有不同綠色和紅色斑點(diǎn)進(jìn)行干擾，參見圖1和圖2。 

開發(fā)圖像分析規(guī)程來(lái)區(qū)分健康藜麥葉片組織以及感染霜霉病的藜麥葉片組織。研究利用Videometer多光譜成像系統(tǒng)對(duì)嚴(yán)重度程度表型和孢子形成進(jìn)行研究。

嚴(yán)重程度是葉片正面損傷的面積占整個(gè)葉片面積的百分比。依基因型不同，顏色可為桔色、黃色或紅色。

孢子形成是損傷部上方孢子量，以百分比測(cè)量，通過(guò)測(cè)量葉片正面進(jìn)行評(píng)估。 

圖1 葉片正面嚴(yán)重度癥狀

圖2 葉片正面孢子形成

多光譜圖像分析

研究人員利用VideometerLab 4多光譜成像系統(tǒng)進(jìn)行多光譜成像，積分球確保對(duì)樣品的均一照明(圖3)。每個(gè)獲取的圖像層由19個(gè)不同圖像波段組成，波長(zhǎng)涵蓋365nm（UVA）到970nm（NIR）。圖像的每個(gè)像素分辨率為~41 µm。每個(gè)圖像層的分辨率為2192X2192像素。

圖像分析嚴(yán)重度模型

從G9基因型葉片正面(圖4)清楚看到了黃化現(xiàn)象(A)，拍攝了RGB圖像（常規(guī)相機(jī)，人眼可見光波段。(B)和(C)顯示了多光譜圖層中的2個(gè)波段，藍(lán)光490nm(B)和黃光570nm(C)。對(duì)健康植物組織和黃化界定進(jìn)行了初始標(biāo)記，轉(zhuǎn)換建立了模型(D)，通過(guò)nCDA（歸一化典型判別分析將19個(gè)波段信息（圖像中多個(gè)圖層），轉(zhuǎn)換為了整個(gè)圖層的代表像素范圍值。之后切割(E和F)，可用于所有圖像-所有品系和基因型，獲取有黃化組織（E黃色）百分比定量分析，該特定葉片比例為68.0%，或者包括紅色覆蓋孢子區(qū)(F)，比例為18,9%，黃化（黃色）比例68%，孢子和黃化區(qū)綜合面積占比75.8%。 

圖像分析孢子形成

在葉片正面（底部），RGB圖像中的G9基因型清晰可見到孢子形成圖像（下底部A和B放大）。盡管在可見光波段很難檢測(cè)到單個(gè)波段，這里特別標(biāo)出了藍(lán)光波段（490nm）（C）。進(jìn)入NIR（780nm）波段（下左部的D和E放大），清晰看見了孢子。使用該信息（僅標(biāo)識(shí)黑灰色孢子）可幫助我們區(qū)分切割孢子像素（F），并將該面積定量，該葉片孢子比例為12.5% （黃色顯示），不包括黃化部分面積。

另外，此處的孢子標(biāo)識(shí)與正面圖像分析而言更加保守。 覆蓋的非黑灰區(qū)的像素部分 (像素比單個(gè)孢子要大）估計(jì)，孢子比例為~23%（此處未予以顯示)。

圖4(A) sRGB圖像。(B)，490nm(藍(lán)光)，(C)，570nm(黃色)，(D) 轉(zhuǎn)換，(E)和(F)，2種類型定量分割。

圖5(A) sRGB 圖像，(B)490nm(藍(lán)光)，(C) 570nm(黃色)，(D)轉(zhuǎn)換，(E)定量分割。

結(jié)果

圖6:133個(gè)基因型的平均嚴(yán)重程度（%）分布

表1手工以及基于多光譜表型成像的藜麥霜霉病互作