植物表型成像仪

植物表型成像仪仪器概述

植物表型成像系统是主要用于对植物表型进行测量与分析的设备。系统分别在顶部、侧上方以及侧下方设置了可见光成像单元，根据底部旋转台设备的转动进而获取植物表型信息。系统使用了以人工智能为基础的三维成像技术，以多视角结合的方式动态生成植物的三维模型，并且可以根据模型计算植物的株宽、株高、骨架、ASM、SSIM等形态、颜色、纹理参数。适用于分析禾本科、茄科、十字花科、豆科等植物，主要用于植物生理学、生态学、环境科学、植物保护等领域。

植物表型成像仪测量参数：

形态参数：正株宽、侧株宽、株高、宽高比、紧实度、偏心率、圆度、矩形度、矩形长宽比、分形维数、总骨架长度、平均波段长度、端点数、分叉点数、分枝级数、分枝角度、顶视投影面积、侧视投影面积、投影面积比、顶视凸包周长、侧视凸包周长、凸包周长比；

颜色参数：（分顶视与侧视）R、G、B、L、a、b（Lab参数默认使用D65光源，2°观察者视角）、H、S、V、gray；

纹理参数：Contrast（对比度）、Correlation（相关性）、Entropy（熵值）、ASM（角二阶矩值）、Second Moment（二阶矩值）、Third Moment(三阶矩值)、Fourth Monment（四阶矩值）、Homogeneity（同质性）、Dissimilarity（相似性）、Variance（灰度方差）、Sum Variance（和方差值）、Sum Average（和平均值）、Difference Variance（全局差分方差值）、SSIM（结构相似度指数）

共56个参数。

植物表型成像分析系统测量精度：

植物高度：300-1000mm

植物宽度：100-500mm

植物鲜重：100-75000g

植物表型成像测量仪仪器功能：

1、图像自适应：在选择测量大植物后，系统会自动评测植物大小，并根据测量结果自动拍摄图像；在超大植物情况时，系统会自动拼接处理图片；

2、温感与湿感：仪器中装有温度传感器、湿度传感器，能够实时反馈仪器内部环境情况；

3、仪器控制：仪器外部装有10寸控制面板，用户可通过电脑对控制面板进行操作，也可以查看箱体内部温度与湿度，控制箱体内部的光照强度、箱门的开关与外侧运行灯光的开启等；

4、镜头操作：根据拍摄植物大小，用户可以通过软件控制将镜头抬高或者降低、机身升高或者下落，以寻找最合适的拍摄位置；

5、相机分辨率：系统光学成像单元最高支持1200万像素，用户可以根据需要选择合适的分辨率；

6、模型操作：通过鼠标可以对3D模型缩放、旋转以及移动；

7、上传云端：绑定设备编号后可以将分析后的植物表型数据传输至云端，并支持随时查看云端数据；

8、对焦与变焦：系统支持自动对焦、手动对焦，对焦方式可在软件设置界面中修改；同时系统也支持光学变焦，用户可以手动调整镜头至合适位置，一般建议将侧视两个镜头中的物体调整到相似大小即可；

9、数据：测量记录界面能够实现分析结果汇总，双击分析记录能够展示结果详情，也可以删除任意分析结果；

10、3D成像：在视频切分4帧以及4060Ti显卡前提下，成像需要20-30分钟，帧数越少时间越少，帧数越多时间越多（注意：最终成像速度与电脑性能成正相关，电脑性能越高，成像速度越快）；

11、导出：可以对每条分析结果执行导出操作，也可以将所有分析结果导出，支持用户手动导出3D模型展示视频；

12、修改：可以在软件设置界面修改分析结果导出路径、模型存储路径以及视频保存路径；

13、语言：支持软件界面的中英文一键切换；

14、软件提供测试电脑最大分辨率的关联子程序；

15、称重：植物放置到转盘后自动称重并将结果同步显示至软件界面；

16、安全规范：仪器根据设计规范已安装各种探测开关、传感器以及限位器，防止用户误操作或者越程问题；

17、电脑系统：Windows操作系统、NVIDIA显卡(zui低8G显存)、运行内存不低于8GB、zui低i5 CPU处理器

在现代农业科学与生命科学研究的前沿，一种融合了精密光学、自动化控制与智能算法的仪器正悄然改变着我们理解植物的方式。它不直接干预植物的生长过程，也不参与基因编辑或化学调控，而是以一种近乎“观察者"的姿态，持续、客观、全面地记录着植物生命活动的细微变化。这便是植物表型成像分析仪，一个为植物“画像"并解读其生命密码的科学伙伴。

走进配备有植物表型成像分析系统的实验室或温室，首先映入眼帘的往往是一套结构严谨的自动化系统。它可能是一条贯穿整个培养区域的轨道，末端连接着一个可多角度移动的机械臂；也可能是一个封闭的成像舱，内部布满了不同波段的光源和高分辨率相机。这套系统的核心任务是确保每一次数据采集都在高度可控的环境下进行。温度、湿度、光照强度，甚至空气流通速度，都被精确设定并维持稳定。这种环境的稳定性至关重要，因为它排除了外部干扰因素，使得最终获取的图像差异真正源于植物自身的表型变化，而非实验条件的波动。

当系统启动时，机械臂或传送装置会按照预设程序，将待测植物精确地运送到成像区域。此时，一系列相机开始工作。可见光相机捕捉植物最直观的形态特征：叶片的展开角度、茎秆的直立程度、整体的株型轮廓。这些看似简单的二维图像，经过三维重建算法处理后，能够生成精确的植物三维模型，从而计算出叶面积、植株高度、体积等关键参数。更为精妙的是多光谱与高光谱相机的应用。它们能捕捉到人眼无法分辨的光谱信息，从绿光到近红外，每一个波段都蕴含着植物生理状态的独特信号。例如，健康叶片在近红外波段有强烈的反射峰，而受到胁迫的植物这一特征会显著减弱。通过分析这些“光谱指纹"，仪器能够无损地评估植物的水分状况、叶绿素含量乃至潜在的病害风险。

在夜间或特定实验条件下，荧光成像技术则展现出其独特魅力。经过短暂的暗适应后，植物叶片在特定光激发下会发出微弱的荧光。这种荧光的强度与动态变化，直接关联到光合作用中光系统II的电子传递效率。表型成像仪能够捕捉这些极其微弱的信号，生成荧光分布图，让科研人员“看见"光合作用在叶片不同区域的活跃程度。一片叶子上，可能一边光合作用旺盛，另一边却因局部缺水而功能下降，这种空间异质性只有通过成像技术才能清晰揭示。

数据采集仅仅是第一步。真正的挑战在于如何从海量的图像数据中提炼出有价值的信息。现代表型成像分析仪通常配备强大的后处理软件。这些软件能够自动识别单株植物，分割出叶片、茎秆等不同器官，并提取数百个形态学和生理学参数。更重要的是，它们能够将不同时刻采集的数据进行时空关联，构建植物生长的动态模型。科研人员可以直观地看到一株幼苗如何在十天内完成叶片的展开与伸长，或者观察到干旱胁迫下植株生长速率的骤降。这种动态的、定量的描述，远比传统的目测或单次测量更为深刻和可靠。

植物表型成像分析仪的存在，使得大规模、高通量的植物表型鉴定成为可能。在一个育种项目中，研究人员可以同时监测数千个不同基因型的植株，精确比较它们在相同环境下的生长表现。这种能力极大地加速了优良品种的筛选过程。在环境胁迫研究中，它可以灵敏地捕捉到植物对盐碱、干旱或高温的早期响应，为理解植物的抗逆机制提供关键证据。它像一位不知疲倦的观察者，用其精确的“眼睛"和“大脑"，持续记录着植物世界无声的对话，帮助人类更深入地理解生命的韧性与奥秘。