WIWAM植物表型-溫室成像系統(tǒng)

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)，以優(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*的儀器設(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(yùn)輸?；ㄅ韬托≤嚲凶R(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?？赏ㄟ^(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)水平或土壤類型下，研究化學(xué)物影響。

WIWAM植物表型-溫室成像系統(tǒng)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。科學(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用戶友好的圖形界面，用戶定義、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和成像柜進(jìn)口之間的分發(fā)線上。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

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(shí)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(jì)算機(jī)控制 聚焦以及虹膜

Binning 1x1~10x10

灰度值 16 bit或65536 灰度值/像素

過(guò)濾器數(shù)量 光學(xué)過(guò)濾器6個(gè)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