PlantScreenPlatforma do analizy fenotypów roślin o wysokiej przepustowości

——Field-based High-throughput Phenotyping PlatForm

Budowanie możliwości szybkiej, dokładnej i wysokiej przepustowości analizy fenotypów wielokrotnych cech roślin rosnących w dzikiej przyrodzie jest największym wyzwaniem dla hodowli genetycznej roślin w XXI wieku (Andrade-Sanchez et al. 2014, Furbank and Tester 2011, Houle et al. 2010). Platforma do analizy fenotypów roślin o dużym przepływie w dzikiej powierzchni ma niezwykłe znaczenie dla genetyki, biotechnologii, hodowli roślin i monitorowania badań dotyczących reakcji roślin na zmiany klimatu, gleby i zarządzanie rolnictwem, w szczególności współczesnego rolnictwa i inteligentnego rolnictwa.

PlantScreenPlatforma analizy fenotypowej roślin o wysokim przepustowości w dzikiej powierzchni zintegruje nowoczesne zaawansowane technologie, takie jak zautomatyzowany system sterowania, analiza pomiaru fluorescencyjnego obrazowania chlorofilowego, analiza termoobrazowania roślin, analiza wysokiego spektrum roślin, analiza obrazowania kolorowego RGB i platforma danych o dużych przepustowościach Internet + fenotypowych, aby w optymalny sposób osiągnąć pomiary fenotypowe w wysokim przepustowości roślin w dzikiej powierzchni, odpowiedź na presję roślin i analizę obrazowania odporności roślin, pomiary analizy wzrostu roślin, identyfikację cech i badania fizjologiczne i Jako pierwszy na świecie producent opracowujący i produkujący systemy obrazowania fluorescencyjnego chlorofylu roślinnego, firma PSI jest światowym liderem technologicznym w dziedzinie analizy obrazowania fenotypowego roślin.PlantScreenStać się najbardziej zaawansowanym urządzeniem do analizy fenotypowej roślin i analizy obrazowania funkcjonalnego.

Funkcje:

1) Duża wielofunkcyjna platforma obrazowania (wielofunkcyjna platforma czujnika), zintegrowana z obrazowaniem fluorescencyjnym chlorofilowym, obrazowaniem RGB, obrazowaniem cieplnym pod czerwienią, LiDAR、 Różne zaawansowane urządzenia czujcze wysokiej klasy, takie jak obrazowanie spektralne, kompleksowa analiza:

a) Analiza fenotypowa cech strukturalnych (obrazowanie RGB i LiDAR)

b) Analiza fenotypowa funkcjonalna (fluorescencja chlorofilowa)

Ocena kształtu i wzrostu (obrazowanie RGB i LiDAR)

d) Wydajność fotosyntezy (fluorescencja chlorofilowa)

e) Odpowiedź na nacisk biologiczny i niebiologiczny (fluorescencyjne obrazowanie chlorofilowe, obrazowanie wysokiego spektrum, termoobrazowanie podczerwone)

f) Wyrażenia fizjologiczne i ekologiczne obejmują fizjologię fotosyntezę, dynamikę pory, wskaźniki metabolizmu biochemicznego itp. (obrazowanie fluorescencyjne chlorofilowe, obrazowanie wysokiego spektrum, obrazowanie cieplne pod czerwienią)

2) wiodąca na świecie technologia fluorescencyjnego obrazowania chlorofilowego FluorCam, niezbędna technologia analityczna dla właściwości fizjologicznych i ekologicznych upraw, inteligentne źródło światła LED zapewnia modulacyjne światło pomiarowe, które może automatycznie mierzyć fluorescencję chlorofilową i efektywność fotosyntezy w warunkach adaptacji światła w ciągu dnia; Wyposażony w wyjątkowy obiektyw do obrazowania fluorescencyjnego chlorofilowego o wysokiej czułości, o powierzchni obrazowania do 35 cm x 35 cm (80cm x 80cm) jest największym urządzeniem technologicznym na świecie do obrazowania fluorescencyjnego chlorofilowego

3) Może być zainstalowany na ciągniku do przenośnej automatycznej analizy obrazu lub może być zainstalowany na dedykowanej platformie automatycznej pracy, podczas gdy automatycznie działa wzdłuż toru próbki, aby automatycznie skanować obraz i analizę online w pełnym pokryciu próbki

4) Platforma analizy fenotypowej dużych danych, w tym sterowanie systemem, pozyskiwanie danych, analiza przetwarzania danych i wizualizacja wyświetlania online, bazy danych itp.

5) Wsparcie techniczne zespołu ekspertów Centrum Badań Fenotypowych PSI, co roku organizuje światowe warsztaty fenotypowe roślin w Stanach Zjednoczonych i Europie

6) Opcjonalna platforma analizy fenotypowej dronów PhenoUAS oparta na technologii dronów (UAV-based), umożliwiająca szybką analizę fenotypową scaling-up na dużych obszarach powietrznych

7) Opcjonalna stacja monitorowania meteorologicznego gleby, kompleksowa analiza relacji między warunkami środowiska a właściwościami fenotypowymi

8) Opcjonalny system monitorowania fizjologicznego roślin, synchroniczne monitorowanie fotosyntezy roślin i wzrostu owoców

9) Opcjonalne automatyczne ważenie cyfrowych garnek do precyzyjnego ważenia, monitorowania wilgotności gleby, automatycznego nawadniania itp.

Główne wskaźniki techniczne:

1. zintegrowana wielofunkcyjna automatyczna platforma analizy obrazu, zintegrowana z inteligentnym źródłem światła LED i modułem obrazowania fluorescencyjnego chlorofilowego, modułem analizy obrazu RGB i innymi opcjonalnymi modułami obrazowania, takimi jak obrazowanie cieplne pod czerwienią, skanowanie laserowe LiDAR, wysokie spektrum, automatyczne uruchomienie przez system operacyjny, automatyczne przechowywanie klasyfikacji, automatyczna analiza online itp.

Analiza obrazowania fluorescencyjnego chlorofylu (standardowa):

a) 3 kolorowe inteligentne źródło światła LED, światło pomiaru impulsu 620nm, białe światło optochemiczne i maksymalne błysk nasycony, światło podczerwone 735nm do pomiaru Fo 'itp.

b) Opcjonalne niebieskie źródło światła i 7-bitowe koło filtrowe do pomiaru wielospektralnego wielopasmowego fluorescencji, takiego jak pomiar obrazowania GFP

c) Wyjątkowy czujnik fluorescencyjny CCD o wysokiej wrażliwości, częstotliwość klatek do 50 fps, efektywne uchwycenie przejściowych fluorescencji chlorofilowej, rozdzielczość 720 x 560 pikseli, 12 bitów A / D, tryb wideo i tryb snapshot; Opcjonalny zestaw CCD o wysokiej rozdzielczości, rozdzielczość 1360x1024, częstotliwość klatek 20fps, 16 bitów A/D

d) Powierzchnia pojedynczego obrazu 35x35cm

e) parametry pomiaru obrazowania: można przeprowadzać pomiary adaptacji do ciemności w nocy i do światła dziennego, w tym parametry pomiaru Fo, Fm, Fv, Fo’, Fm’, Fv’, Ft, Fv/Fm, Fv’/Fm’, Phi_PSII, NPQ, qN, qP, Rfd Parametry fluorescencyjne chlorofylu do analizy efektywności fotosyntezy roślin, odpowiedniości, nacisku biologicznego i niebiologicznego oraz odporności roślin, odporności itp.

f) Pełne zautomatyzowane protokoły pomiaru i parametry pomiaru, takie jak Fv/Fm, efekt indukcji Kautsky'ego, analiza gaśnięcia fluorescencyjnego, na przykład program pomiaru Fv/Fm zajmuje tylko 10 s

g) Analiza danych fluorescencyjnych chlorofylu online, w tym wykresy kolumnowe, wykresy parametrów pomiarowych, tabele danych itp., z funkcjami niestandardowego podziału obrazu i innych funkcji, które mogą przeprowadzać dynamiczną analizę wieloparametrową różnych skali czasowych (takich jak dzień, miesiąc, cały sezon wzrostu itp.)

h) jest prawdziwym dwuwymiarowym zdjęciem synchronizowanym, uzyskane parametry fluorescencji chlorofilowej są prawdziwymi parametrami dystrybucji dwuwymiarowymi opartymi na punktach pikselowych, unikając uproszczonego "obrazowania indukowanego laserem" (zaleta jest lekkość, oszczędność energii) tylko obrazowanie jednowymiarowe (punkt lub linia), nie może synchronizować obrazowania dwuwymiarowego, podatne na wpływ czynników środowiskowych (na przykład poważny błąd w przypadku dmuchania wiatru), parametry obrazowania są tylko parametrami analogowymi (szybkie pomiary fluorescencji i powolne pomiary fluorescencji nie są prawdziwe minimalne i maksymalne fluorescencje według skanowania laserowego, uzyskane parametry "wydajność kwantowa światła" są tylko analogowe wydajność kwantowa światła potrzebne do kalibracji parametrów po użyciu), pojedynczy parametr pomiaru (można uzyskać tylko szybkie pomiary fluorescencji i powolne pomiary fluorescencji i obliczone w ten sposób analogowe wydajność kwantową światła lub wydajność kwantową światła), Niedojrzałość techniczna (nie można znaleźć referencji)

i) jest najbardziej stosowanym i najbardziej opublikowanym na świecie narzędziem technicznym do analizy fenotypów roślin o wysokim przepustowości

Analiza obrazu RGB (standardowa): można przeprowadzić analizę obrazu kształtu rośliny, koloru zielenia itp., Rozdzielczość 5Mpx i automatycznie przeprowadzić analizę statystyczną liczby kwiatów roślin, podziałów ryżowych itp., Główne parametry pomiarowe obejmują:

Powierzchnia liści: przydatna do monitorowania tempa wzrostu i jego dynamicznych zmian

2)植物紧实度／紧密度（Solidity/Compactness. Stosunek pomiędzy obszarem pokrytym wypukłym kadłubem rośliny a obszarem pokrytym rzeczywistą rośliną）

3) 叶片周长（Okres liści: Szczególnie przydatny do podstawowej oceny kształtu i szerokości liści (w połączeniu z powierzchnią liści))

4) 偏心率(Ekscentryczność: Szacowanie kształtu rośliny, liczba skalarna, ekscentryczność elipsy z tymi samymi sekundami sekund jak roślina (0...koło, 1...segment linii))

5) 叶圆度 (Okrąglość: Na podstawie oceny stosunku między powierzchnią liści a obwodem. Daje informacje o okrągłości liści)

6) 叶宽指数(Średni indeks szerokości liści: powierzchnia liści proporcjonalna do szkieletu rośliny (tj. zmniejszenie segmentu liści do linii))

Leaf Length SOL (szczupłość liści)

8) 植物圆直径（Średnica koła. Średnica koła o tym samym obszarze jak roślina）

Powierzchnia wypukłego kadłuba (Convex Hull Area, Useful for compactness evaluation)

10) 植物质心(Centroid. Centrum pozycji masy rośliny (szczególnie przydatne do oceny ekscentryczności))

Indeks płaskości (Flattening index)

Tempo wzrostu względnego (relative growth rate)

13) Indeks zielenia i analiza klasyfikacyjna (ciemnozielona, zdrowa zielona, jasna zielona itp.)

Segmentacja kolorów dla oceny sprawności roślin (Color segmentation for plant fitness evaluation)

Analiza dynamiczna innych cech i klasyfikacji kolorów

Analiza skanowania laserowego 3D (opcjonalna): do analizy fenotypowej struktury roślin, automatyczna analiza modelu chmury punktowej oblicza strukturę rośliny, biomasę, liczbę liści, powierzchnię liści, kąt nachylenia liści, wysokość rośliny i inne parametry morfologiczne

5. analiza obrazowania cieplnego podczerwonego (opcjonalnie): mikroradiometr termometryczny z tablicą płaszczyzny ogniskowej, rozdzielczość 640 x 480 pikseli, pasmo 7,5-13 μm, zakres temperatury -20 - 120 ° C, rozdzielczość < 0,05 ° C @ 30 ° C / 50 mK, powierzchnia obrazowania 35x35 cm, do obrazowania rozkładu temperatury warstwy koronowej rośliny w przypadku promieniowania światła i analizy dynamiki przewodności pory rośliny, przymusu suchej i oceny odporności na suszę itp., Dobre chłodzenie ciepła może sprawić, że roślina wytrzyma długie promieniowanie wysokie lub niskie warunki wodne (susza)

Wysoka analiza obrazowania spektralnego (opcjonalna): zakres długości fali 380-1000nm, liczba pasm spektralnych (liczba pasm) 675 pasm, można obrazować i analizować Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), Simple Ratio Index (Równanie: SR = RNIR / RRED), Modified Chlorophyll Absorption in Reflectance Index (MCARI1), Równanie: MCARI1 = 1,2 * [2,5 * (R790- R670) - 1,3 * (R790- R550)], Optimized Soil-Adjusted Vegetation Index (OSAVI), Równanie: OSAVI = (1 + 0,16) * (R790- R670) / (R790- R670 + 0,16), Photochemical Vegetation Reflectance Index (PRI), Równanie: PRI = (R531- R570) / (R531 + R570) itp.

Platforma mobilna na terenie: ramię platformy o szerokości 12m, wielofunkcyjna platforma obrazowa może automatycznie skanować analizę obrazu w lewo-prawo na mobilnej platformie, może automatycznie skanować próbkę o szerokości do 10m, każdy skan może mieć powierzchnię obrazu do 10x0,35m (3,5m2), czas skanowania od mniej niż 1 minuty do kilku minut (w zależności od protokołu procedury pomiaru eksperymentalnego), mobilna platforma może działać automatycznie wzdłuż orbity, odległość operacyjna jest zasadniczo nieograniczona (ograniczona długością orbity); Wysokość platformy mobilnej 2,5 m, wielofunkcyjna platforma obrazowa jest regulowana w wysokości, aby dostosować się do analizy obrazowania roślin o różnych wysokościach; Platforma mobilna 4 gumowe koła mogą zarówno automatycznie działać na torze za pośrednictwem systemu sterowania i automatycznie skanować obrazowanie, jak i ułatwiać poruszanie się na ogólnej ziemi, zakręcanie itp. W przypadku próbki 75x20m, mobilna platforma może załadować wielofunkcyjną platformę obrazowania, aby zakończyć taśmę próbkę 75x10 m na raz, a następnie ręcznie zakręcić, a następnie automatycznie zakończyć drugą połowę analizy obrazu 75x10 m; Wyposażony w system GPS z dokładnością do 2 cm, automatyczne rejestrowanie danych pomiarowych, lokalizacji, czasu itp. za pomocą oprogramowania, może być zasilany przez generator diesla napędzający całą platformę

Opcjonalna sieć czujników pomiarowych środowiska, automatyczne monitorowanie PAR, stężenia CO2 w środowisku, temperatury i wilgotności powietrza, opadów i wilgotności gleby itp.

Systemy kontroli i analizy zbierania danych (platforma fenotypowa Big Data):

1) Przyjazny dla użytkownika interfejs graficzny

2) Funkcja lokalizacji GPS może przeprowadzać informacje o dystrybucji przestrzennej i analizę wzorców dystrybucji czasu-przestrzeni

3) Wbudowane są różne dojrzałe protokoły z zdefiniowanymi przez użytkownika, edytowalnymi automatycznymi programami pomiarowymi (protokołami), aby automatycznie zakończyć wszystkie eksperymenty zgodnie z ustawieniami użytkownika. Wyniki danych są automatycznie przechowywane i analizowane, a wyniki analizy mogą być automatycznie wyświetlane w formie krzywych dynamicznych

4) System zarządzania bazami danych MySQL, który może przetwarzać duże bazy danych z dziesiątkami milionów rekordów, obsługuje wiele silników pamięci masowej, a odpowiednie dane są automatycznie przechowywane w różnych tabelach w bazie danych

5) Wszystkie pomiary można wykonać za pomocą programu domyślnego, można również utworzyć niestandardowy proces pracy za pomocą narzędzi rozwojowych lub ręcznie uruchomić lub wyłączyć źródło światła LED, obrazowanie RGB, obrazowanie fluorescencyjne chlorofilowe itp.

Program eksperymentalny (Protocols) z klawiszami Start, End i Pausa

7) System może być zdalnie sterowany za pośrednictwem bezprzewodowego Internetu, umożliwiając użytkownikom zdalny dostęp za pośrednictwem Internetu, przetwarzanie danych, pobieranie i zmianę projektu eksperymentu, z funkcją klasyfikacji uprawnień użytkownika, aby zapobiec błędnemu działaniu innych osób, które wpływają na eksperyment

Miejsce pochodzenia: PSI Europe

Przykłady zastosowania:

Zastosowanie FluorCamTechnologia fluorescencyjna chlorofylu, długoterminowe monitorowanie in situ różnych sezonów roślin dzikich oraz monitorowanie fotosyntezy roślin (asimilacja CO2) A, wyniki patrz poniżej. Technologia fluorescencji chlorofilowej FluorCam wykorzystuje technologię modulacji impulsu światła stymulującego, technologię czujnika CCD o wysokiej wrażliwości (częstotliwość pobierania próbek do 50 razy na sekundę) oraz inteligentne źródło światła LED, które mogą mieć duże obszary (standardowo 35 x 35 cm na ramkę) Analiza obrazu roślin / upraw, na terenie może być zarówno w nocy w ciemnych warunkach adaptacji do analizy obrazu fluorescencyjnego chlorofylu, jak i w warunkach adaptacji do światła otoczenia do analizy obrazu fluorescencyjnego chlorofylu, w porównaniu do prostego pomiaru fluorescencyjnego chlorofylu indukowanego laserem (przez promień punktowego lub liniowego jednokolorowego źródła światła stymulującego stymulować fluorescencję chlorofylu i przeprowadzać pomiary, zaleta jest oszczędność energii i może być łatwiejsza) w porównaniu do wielu zalet funkcjonalnych, nie tylko parametry pomiaru, można przeprowadzić różne analizy pomiaru obrazu procedury fluorescencyjnej chlorofylu, ale także obrazowanie dwuwymiarowe (prawdziwa analiza obrazu) unika niesynchronizowanego pomiaru fluorescencyjnego chlorofylu spowodowanego punktowym lub liniowym skanowaniem światła stymulującego, poważnie zmniejszona rozdzielczość wydmuc

Pozostałe systemy analizy obrazowania fenotypowego:

1)PhenoUASPlatforma do analizy fenotypów upraw o wysokiej przepustowości

2)FluorCamPrzenośny system analizy fluorescencji chlorofilowej i obrazowania RGB

3)FluorCamSystem analizy fluorescencji chlorofilowej i obrazowania RGB (opcjonalnie z obrazowaniem cieplnym pod czerwienią)