比利時(shí)溫室植物表型成像平臺(tái)

WIWAM植物表型成像系統(tǒng)由比利時(shí)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(dòng)化控制系統(tǒng),、葉綠素?zé)晒獬上駵y(cè)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(dòng)條碼識(shí)別管理,、RGB真彩3D成像等多項(xiàng)*技術(shù),，以?xún)?yōu)化的方式實(shí)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(cè)量,、植物脅迫響 應(yīng)成像分析測(cè)量,、植物生長(zhǎng)分析測(cè)量、生態(tài)毒理學(xué)研究,、性狀識(shí)別及植物生理生態(tài)分析研究等,。將大規(guī)模自動(dòng)化理念和工業(yè)級(jí)零件和設(shè)備整合入植物成像系統(tǒng)的廠(chǎng)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(zhǎng),、脅迫響應(yīng)等測(cè)量參數(shù)達(dá)幾百個(gè),。目前WIWAM植物表型平臺(tái)分為WIWAM XY， WIWAM Line以及WIWAM Conveyor 3個(gè)系列,。高通量田間植物表型平臺(tái)也在開(kāi)發(fā)中,。

WIWAM Conveyor是一款機(jī)器人集成解決方案，作為高通量可重復(fù)表型平臺(tái),，可用于大型植物,，如玉米研究。該機(jī)器人可進(jìn)行自動(dòng)灌溉,，能定期對(duì)多種植物生長(zhǎng)參數(shù)測(cè)量,。WIWAM Conveyor代替了很多人工操作，省時(shí)省錢(qián),，精度高,。該WIWAM機(jī)器人由傳送帶網(wǎng)組成，能將植物傳送到1或多臺(tái)稱(chēng)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(chē)運(yùn)輸?；ㄅ韬托≤?chē)均有*識(shí)別碼 (分別QR和RFID碼),，可將其從固定生長(zhǎng)區(qū)域傳送到稱(chēng)重和灌溉站以及成像柜，每個(gè)植株均可進(jìn)行進(jìn)行個(gè)性處理,。成像平臺(tái)是封閉區(qū)域,，配有適合照像的光照條件，配有旋轉(zhuǎn)平臺(tái)提升裝置,，可從不同觀察 角度獲得穩(wěn)定圖像,，聚焦遠(yuǎn)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(chēng)重和灌溉站位置,，植物在澆水時(shí)旋轉(zhuǎn)，在花盆內(nèi)獲得水分布,。灌溉精度*,，可達(dá)+/-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(jì)算或固定量計(jì)算,。此方法可保證整個(gè) 實(shí)驗(yàn)中的土壤精確濕度水平,。可通過(guò)集成光,、溫度和濕度傳感器監(jiān)控環(huán)境,，詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)生長(zhǎng)條件。 該系統(tǒng)的特別之處在于包括1個(gè)“處理區(qū)”,，系統(tǒng)可以選取和檢索號(hào)碼的屬于特定基因組或處理的植 株,。系統(tǒng)用戶(hù)可進(jìn)入操作區(qū)，可觀察植物或人工操作植物,，如測(cè)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(zhǎng)在另外一間溫室或生長(zhǎng)箱中的植物 放到稱(chēng)重和灌溉站進(jìn)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(jìn)程要緩慢的多,，這表明植物表型是理 解基因編碼過(guò)程以及應(yīng)用該知識(shí)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(shí),。但該“表型瓶頸”已可通過(guò)集成新型圖像獲取技術(shù),、機(jī)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(tái)可集成到 多個(gè)研究領(lǐng)域,，包括植物生長(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)水平或土壤類(lèi)型下，研究化學(xué)物影響,。

比利時(shí)溫室植物表型成像平臺(tái)機(jī)器配置／技術(shù)指標(biāo) 

Conveyor可將植物通過(guò)傳送帶移動(dòng)進(jìn)行成像分析,，設(shè)計(jì)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(hù)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(cè)量紅色、藍(lán)色和白色LED光,，165cm光強(qiáng)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(dòng)或手動(dòng)曝光和白平衡等,，成像信息包括時(shí)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(qiáng)、伽瑪校正,、數(shù)據(jù)校對(duì),、缺陷/熱像素校對(duì) (靜態(tài)；動(dòng)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(cè)量溫度和相對(duì)濕度，是研究 非常有價(jià)值的參數(shù) ,。數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中,。

PAR 光測(cè)量（選配）：可在溫室內(nèi)安裝PAR 光強(qiáng)度傳感器。這些PAR傳感器可測(cè)量光強(qiáng)度,，是做研 究很有價(jià)值的參數(shù),。 光平均數(shù)據(jù)定期儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)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?cái)嚯姇r(shí)關(guān)閉， 多數(shù)元件可保 持在24V,，計(jì)算機(jī)為230V ,。如果你的電源非常穩(wěn)定，無(wú)需備用,，但我們推薦良好的UPS 系統(tǒng)來(lái)避免斷電 造成的損失,。

備取景相機(jī)（選配）：系統(tǒng)里有很多植物移動(dòng)，對(duì)該情況有個(gè)監(jiān)控,?？茖W(xué)家可以從遠(yuǎn)方監(jiān)控系 統(tǒng)(控制室或家里)，額外相機(jī)是很好的備選,。配備該相機(jī),，系統(tǒng)可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控。

壓縮機(jī)（選配）：系統(tǒng)需要壓縮空氣,。所有制停器和推進(jìn)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(hù)友好的圖形界面，用戶(hù)定義,、可編輯自動(dòng)測(cè)量程序,、控 制單元有主電源開(kāi)關(guān)、緊急關(guān)閉,、啟動(dòng)開(kāi)關(guān),、暫停鍵、移動(dòng)鍵等,，用戶(hù)名和密碼保護(hù),。

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(jìn)行暗掃描，以避免白天運(yùn)行長(zhǎng)時(shí)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(xiàn)和成像柜進(jìn)口之間的分發(fā)線(xiàn)上,。這 種情況下,，我們可打開(kāi)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(mén),，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(guò)軟 件反映和分析植物水分狀況,。

可見(jiàn)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(rèn)),，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(dòng)可編程

虹膜變焦控制                                     手工用戶(hù)編程

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

UV防護(hù)                                           可耐受全日照的UV強(qiáng)度

平均故障間隔時(shí)間                                 >660000 小時(shí) @ 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(duì)                                         缺陷/熱像素校對(duì) (靜態(tài)、動(dòng)態(tài)),、FFC、黑色位準(zhǔn)、縱向涂片 

    SMO是歐洲著名的機(jī)械設(shè)備制造與設(shè)計(jì)工程公司,，專(zhuān)注于為機(jī)械自動(dòng)化,、機(jī)器視覺(jué)以及各個(gè)領(lǐng)域提供定制化解決方案。公司工廠(chǎng)配備各種設(shè)備,，具有3D設(shè)計(jì),、強(qiáng)度計(jì)算,、焊接、切割以及組裝等豐富的經(jīng)驗(yàn),。SMO自動(dòng)化領(lǐng)域涵蓋工業(yè)機(jī)械制造的*制造技術(shù),，提供自動(dòng)傳輸系統(tǒng)到專(zhuān)業(yè)焊接等各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)，針對(duì)客戶(hù)需求提供定制化解決方案,。在遠(yuǎn)程過(guò)程工作領(lǐng)域,，SMO擁有的經(jīng)驗(yàn)，通常過(guò)程自動(dòng)化包括改進(jìn)生產(chǎn)線(xiàn),，例如標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械件布局,，重新規(guī)劃傳感器和PLC控制系統(tǒng)。SMO還擁有提供交鑰匙工程的能力,，如設(shè)計(jì)整條生產(chǎn)線(xiàn),。在多種情況下，公司工程師從客戶(hù)提供想法開(kāi)始,，通?？蛻?hù)已經(jīng)有改善生產(chǎn)過(guò)程的想法。自動(dòng)化還包括電氣配電柜,、機(jī)械電纜,，PLC控制，成像以及機(jī)器人各個(gè)部分,。設(shè)計(jì)線(xiàn)路圖,，配電柜、機(jī)械電纜以及PLC控制的組織安裝,。將大規(guī)模自動(dòng)化理念和工業(yè)零件和設(shè)備整合入植物成像系統(tǒng)的廠(chǎng)家,，在機(jī)械自動(dòng)化以及機(jī)械視覺(jué)成像領(lǐng)域擁有豐富的設(shè)計(jì)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為歐洲客戶(hù)提供機(jī)械設(shè)計(jì)解決方案,，SMO公司將機(jī)械領(lǐng)域的*理念帶入了植物表型機(jī)器人領(lǐng)域,，所采用的配件均為工業(yè)界廣泛認(rèn)可的高品質(zhì)配件，耐受苛刻環(huán)境,，另外表型設(shè)備領(lǐng)域的諸多自動(dòng)化配件,，均由SMO公司自主設(shè)計(jì)，因公司擁有極為強(qiáng)大的工程師團(tuán)隊(duì),，基于工業(yè)領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn),，可針對(duì)不同客戶(hù)需求，一般2-3周就可以提供極復(fù)雜表型成像系統(tǒng)的解決方案,。目前WIWAM植物表型平臺(tái)分為WIWAM XY,，WIWAM Line以及WIWAM Conveyor3個(gè)系列。同時(shí)還可提供WIWAM Boxing柜式成像系統(tǒng),，也提供野外表型成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,。