WIWAM溫室植物表型溫室成像平臺

WIWAM植物表型成像系統(tǒng)由比利時SMO公司與Ghent大學(xué)VIB研究所研制生產(chǎn),，整合了LED植物智能培 養(yǎng)、自動化控制系統(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3D成像等多項*技術(shù)，以優(yōu)化的方式實現(xiàn)大量植物樣品——從擬南芥,、玉 米到各種其它植物的*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,。將大規(guī)模自動化理念和工業(yè)級零件和設(shè)備整合入植物成像系統(tǒng)的廠家,，SMO公司在植物表型成像分析領(lǐng)域處于的技術(shù)前列，大面積葉綠素?zé)晒獬上穹治龉δ苁筗IWAM成為植物表型分析與功能成像分析領(lǐng)域較為*儀器設(shè)備,，植物生長,、脅迫響應(yīng)等測量參數(shù)達幾百個。目前WIWAM植物表型平臺分為WIWAM XY,， WIWAM Line以及WIWAM Conveyor 3個系列,。高通量田間植物表型平臺也在開發(fā)中。

WIWAM Conveyor是一款機器人集成解決方案,，作為高通量可重復(fù)表型平臺,，可用于大型植物，如玉米研究,。該機器人可進行自動灌溉,，能定期對多種植物生長參數(shù)測量。WIWAM Conveyor代替了很多人工操作,，省時省錢,，精度高。該WIWAM機器人由傳送帶網(wǎng)組成,，能將植物傳送到1或多臺稱重澆水站以及成像柜,，成像柜中安裝有一系列的非損害性照相系統(tǒng)。全套系統(tǒng)可以安裝在現(xiàn)有溫室,，由高品質(zhì)工業(yè)部件構(gòu) 成,。典型應(yīng)用是種植在各自花盆內(nèi)的植物表型篩查。這些花盆在傳送帶系統(tǒng)上以小車運輸,?；ㄅ韬托≤嚲?識別碼 (分別QR和RFID碼)，可將其從固定生長區(qū)域傳送到稱重和灌溉站以及成像柜,，每個植株均可進行進行個性處理,。成像平臺是封閉區(qū)域，配有適合照像的光照條件，配有旋轉(zhuǎn)平臺提升裝置,，可從不同觀察 角度獲得穩(wěn)定圖像,，聚焦遠處感興趣部分。成像柜可以容納一系列照相系統(tǒng),，用于非損害性圖像獲取,。 稱重和灌溉站位置，植物在澆水時旋轉(zhuǎn),，在花盆內(nèi)獲得水分布,。灌溉精度*，可達+/-1mL,。澆水 后,，可應(yīng)用容器中準(zhǔn)備好的不同溶液。另外,，灌溉基于目標(biāo)重量計算或固定量計算,。此方法可保證整個 實驗中的土壤精確濕度水平?？赏ㄟ^集成光、溫度和濕度傳感器監(jiān)控環(huán)境,，詳細記錄實驗生長條件,。 該系統(tǒng)的特別之處在于包括1個“處理區(qū)”，系統(tǒng)可以選取和檢索號碼的屬于特定基因組或處理的植 株,。系統(tǒng)用戶可進入操作區(qū),，可觀察植物或人工操作植物，如測量特定植物性狀,，或提取部分植物做分子或 化學(xué)分析,。系統(tǒng)另外一特征是可將外部植物加載到系統(tǒng)中，例如可將生長在另外一間溫室或生長箱中的植物 放到稱重和灌溉站進行成像和（或）處理,。

WIWAM Conveyor使用

遺傳資源和序列數(shù)據(jù)快速積累,，但將該信息與基因功能相關(guān)聯(lián)的進程要緩慢的多，這表明植物表型是理 解基因編碼過程以及應(yīng)用該知識改善作物產(chǎn)量的主要瓶頸,。*表型工作是耗勞力和技術(shù)挑戰(zhàn)性 的部分,，成本高且耗時。但該“表型瓶頸”已可通過集成新型圖像獲取技術(shù),、機器人技術(shù),、圖像分析技術(shù)以 及數(shù)據(jù)處理技術(shù)解決。WIWAM Conveyor 集成了這些技術(shù),，替代了很多人工處理,。該植物表型平臺可集成到 多個研究領(lǐng)域，包括植物生長調(diào)節(jié)、耐旱研究,、植物生理,、鹽堿或重金屬脅迫反應(yīng)等。也可用于研究化學(xué)物 影響或在不同光照條件,，營養(yǎng)水平或土壤類型下,，研究化學(xué)物影響。

WIWAM溫室植物表型溫室成像平臺配置／技術(shù)指標(biāo)

Conveyor可將植物通過傳送帶移動進行成像分析,，設(shè)計用于可容納植物高1500mm和1000mm寬,。 行間中心距離是600mm。大小可根據(jù)客戶定制,，植物高度<150cm,。

葉綠素?zé)晒獬上瘢ㄟx配）：鏡頭分辨率6Ma像素，CCD傳感器,，大幀速20fps,，輸出16bit，光譜 350~900nm,，測量紅色,、藍色和白色LED光，165cm光強為0～1500μmol m-2 s-1,，6位濾波輪,。

RGB成像（選配）：高靈敏度成像傳感器KAI-CCD，分辨率4008x2672像素,，大幀速39fps,，像素大小9.0μ m，輸出24 bit,，自動或手動曝光和白平衡等,，成像信息包括時間和位置等、視頻虹膜控制,、虹膜變焦控制,、圖像 疊加、圖像增強,、伽瑪校正,、數(shù)據(jù)校對、缺陷/熱像素校對 (靜態(tài),；動態(tài)),、FFC、黑色位準(zhǔn),、縱向涂片,。

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

熱成像單元（選配）：分辨率640x480像素,，溫度范圍–20～+150°C，0～+650°C,，靈敏度 NETD<0.05°C@30°C/50mK,。

濕度&溫度（選配）：可在溫室安裝溫度&濕度傳感器，這些傳感器可測量溫度和相對濕度,，是研究 非常有價值的參數(shù) ,。數(shù)據(jù)儲存在數(shù)據(jù)庫中。

PAR 光測量（選配）：可在溫室內(nèi)安裝PAR 光強度傳感器,。這些PAR傳感器可測量光強度,，是做研 究很有價值的參數(shù)。 光平均數(shù)據(jù)定期儲存在數(shù)據(jù)庫內(nèi),。

UPS（選配）：一些情況下,，設(shè)施可能斷電 。UPS可以預(yù)防系統(tǒng)不可控斷電時關(guān)閉,， 多數(shù)元件可保 持在24V,，計算機為230V 。如果你的電源非常穩(wěn)定,，無需備用,，但我們推薦良好的UPS 系統(tǒng)來避免斷電 造成的損失。

備取景相機（選配）：系統(tǒng)里有很多植物移動,，對該情況有個監(jiān)控?？茖W(xué)家可以從遠方監(jiān)控系 統(tǒng)(控制室或家里),，額外相機是很好的備選。配備該相機,，系統(tǒng)可以通過互聯(lián)網(wǎng)進行監(jiān)控,。

壓縮機（選配）：系統(tǒng)需要壓縮空氣。所有制停器和推進器以及澆水站提升裝置均需要穩(wěn)定壓力以 確保良好操作,。

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

暗適應(yīng)隧道（選配）：大植株系統(tǒng)安裝在溫室中,，僅僅有部分照明控制,。按照多數(shù)科研工作要求， 該隧道不常使用,。 植物可在夜間進行暗掃描,，以避免白天運行長時間等待，避免額外成本,但根據(jù)設(shè)置,， 暗適應(yīng)隧道 (10-15 分) 可能有用,。暗適應(yīng)隧道可以安裝在位于緩沖線和成像柜進口之間的分發(fā)線上。這 種情況下,，我們可打開柜子位置,，植物可*入熒光成像柜子。隧道包括在入口包括雙側(cè)門,，確保隧道 內(nèi)*黑暗,。

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,。

可見光成像

分辨率                                           4008 x 2672  (std.),，4032 x 2688 (max.)像素

圖像傳感器                                       KAI-11002，CCD

像素大小                                         9.0 x 9.0µm

大幀率                                         39 fps

數(shù)據(jù)傳輸                                         千兆以太網(wǎng)

RGB圖像大小                                      >6.3M

輸出格式                                         Mono CCD：8,、10,、12、14-bit (僅單) ,； Color CCD：8,、10、12,、RGB 24rmats

鏡頭卡口                                         F-接口 (默認),，備選以及定制 OEM等

尺寸                                             60mm x 60mm x 45.1mm（或65.2）

重量                                             350g或 372g或 503g或 354g

視頻虹膜控制                                     自動可編程

虹膜變焦控制                                     手工用戶編程

工作環(huán)境                                         溫度：-40℃ ~ +85℃，操作：-50℃ ~ +90℃ ,，儲存：10% ~ 90% ,，非冷凝

UV防護                                           可耐受全日照的UV強度

平均故障間隔時間                                 >660000 小時 @ 40℃ (Telcordia SR-332)

低光照                                         1 L.4ux，F(xiàn)/ 1

內(nèi)置DDR記憶                                      2Gb (256MB)

數(shù)據(jù)校對                                         缺陷/熱像素校對 (靜態(tài),、動態(tài)),、FFC、黑色位準(zhǔn),、縱向涂片

葉綠素?zé)晒夂虶FP熒光成像系統(tǒng)

鏡頭類型                                         優(yōu)質(zhì)

傳感器類型                                       科學(xué)冷卻CCD

曝光時間                                         200µs~3h

像素大小                                         6Mp

幀率                                             2 幀/秒,，6 Mp,；20幀/秒，10x10 binning

數(shù)據(jù)傳輸                                         千兆以太網(wǎng)

f-數(shù)                                             0.95~16

景深                                             50~100cm

焦距                                             17或25 mm  

視角                                             水平：39.3°,；垂直：32°

計算機控制                                       聚焦以及虹膜

Binning                                          1x1~10x10

灰度值                                           16 bit或65536 灰度值/像素

過濾器數(shù)量                                       光學(xué)過濾器6個位置(>OD6 blocking)            

光譜范圍                                         35 mm x90 mm

工作溫度                                         5 ~ 40℃

激發(fā)光源                                         LED二極管