高通量植物激光三维扫描测量系统FieldScan

高通量植物激光三维扫描测量系统FieldScan

在现代植物研究与育种中,田间表型是表型组学最亟需发展的领域之一,一直面临着各种挑战。例如从全日照到夜间,温度的巨大变化和降雨等外界环境不仅影响测量技术,同时对植物也可能产生很大的影响。因此,对测量技术来讲,需要设定非常合理的信噪比以准确地获取表型信息;同时也需要在有限的时间段里,高通量地获取植物的表型信息;当然对环境因子的同步监测也十分必要。

在开发FieldScan时,我们的目标是提供一套可在任何环境下使用;每天可进行多次扫描;同时可剔除低质量数据的田间表型获取系统。如果侧重通量和灵活性,我们可以在田间使用拖拉机或UAV等移动设备。但为了获得毫米级的高精度测量,我们决定不再使用这些传统移动设备,而高精度的测量仅适用于固定式的系统。为此我们需要开发一套能同时满足高精度和高通量的移动平台。

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FieldScan的设计,采用植物激光三维扫描测量仪PlantEye作为核心,并集成了其它多种传感器。PlantEye用于获取植物生长情况。通过3D的顶部成像,不仅能获得叶面积、叶倾角、冠层等参数,同时还能得到相对于其他技术更高的精度和通量。当然在需要时,也可以集成其他传感器。在任何光照情况下,FieldScan都能在不影响植物本身生长的情况下,每天能对上万株植物(取决于系统大小)进行10次重复测量,为用户提供有价值的数据,方便了解植物在田间的生长情况。

FieldScan系统既然已经能够适应严苛的田间环境,当然也就能够在温室内进行高通量测量。我们已经为不同的客户安装了数套在温室内的系统,与田间系统一样,都取得了出色的测量结果。

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功能特性

  • 专门为温室和田间的高通量植物表型测量设计的表型平台
  • 基于“Sensor-to Plant-Concept”理念设计
  • 可在任何环境条件下全天候测量
  • 一套系统每天可测量几百株、数千株甚至上万株植物,每小时通量可达5000株植物
  • 结合RGB相机可进行颜色分析
  • 每天可进行多次重复测量,可剔除(风吹、降雨等造成的)低质量数据的影响
  • 可实现对植物生长和蒸腾(结合称重系统)的精确测量
  • 不仅可测量单株植物,还可设计进行小区试验
  • 系统可以集成多种环境气象传感器

定制化设计您的表型测量系统

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在我们帮您出具定制化设计方案之前,我们需要您提供如下信息:

  • 您的大致预算范围
  • 您测量的植物种类和植物最大高度
  • 您期望的测量通量(多少株/盆植物)
  • 您期望的测量速度
  • 您拥有的安装空间大小(请指明是温室还是田间?温室的长度、宽度和高度?)
  • 是否需要进行单株称重监测

下面的示例列出了配置的PlantEye数目和每小时测量通量的关系:

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设计实例

下表给出了为4个不同客户定制化设计的FieldScan系统,供您参考:

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实例1:温室系统的设计图

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实例2:小型田间系统的设计图

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实例3:中型田间系统的设计图

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实例4:大型田间系统的设计图

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种植区(测量区)的设计

FieldScan系统的种植区,也即测量区,具有灵活搭配的特点。既可以将植物种在花盆中放在地上,也可放在独立的称重系统(需额外配置)上实时称重并计算蒸腾速率;既可以将植物直接种在土壤中单株测量,也可以划分成一个一个的小区测量。小区的大小可以根据实际需要灵活调节。如对于长120 m、宽1 m的种植区而言,可以划分成80个1 m x 1 m的小区,48个 1 m x 2 m的小区,34个1 m x 3 m的小区,或者种植480盆盆栽植物。

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结合可见光成像进行颜色分析

众所周知,激光三维扫描是不能进行颜色分析的。为了满足客户对颜色分析的需要,PhenoSpex公司成功的将RGB相机集成到了FieldScan系统中。RGB相机与PlantEye装在同一位置进行测量。由于日光的变化会直接影响到可见光成像的效果,因此本系统中的RGB相机配备了闪光灯,用于在晚上(没有阳光影响)进行可见光成像测量。在这个过程中,由于激光扫描不受环境光的影响,因此可以同时进行激光三维扫描测量。

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产地:荷兰