SPOT:扫描植物物联网设备进行高通量植物表型鉴定


发布时间:

2023-11-01

来源:

本站

作者:

PhenoTrait

植物表型鉴定平台由于成本高、专有软件等原因导致小型实验室和机构无法普及。扫描植物物联网(SPOT)设施位于佛罗里达大学,是一个基于实验室的移动平台,可促进高质量、可互操作的植物表型数据的收集平台。它由三个主要传感器组成:一个高光谱传感器,一个热像仪和一个激光雷达相机。传感器的实时数据可以在10英尺× 10英尺的扫描区域内采集。该设备的可移动性允许其在大型生长室,环境控制室或温室中使用。传感器的定位是通过计算机数控步进电机定位的。在初步实验中,利用SPOT收集的数据可以用品种间的自主和无损鉴别。

 

图1 扫描植物物联网( SPOT )设施的CAD模型

 

图2 SPOT设施的完整结构

 

图3 在扫描过程中,照明装置随推扫相机移动以保持成像照明恒定,扫描期间,架空室灯是关闭的

 

图4 辐射校准管道;除了利用SPOT实验装置建立白光参考和暗光参考外,还需要进行许多后处理步骤,以确保剩余的高光谱数据所包含的信息只包含与植物化学相关的数据

 

图5 SPOT采集的原始高光谱数据(左),经过辐射校正后(中心),经过反射率校正后(右),具有代表性的反射面板像素(红色)和植物像素(蓝色)显示出适当的缩放

 

图6  'Outredgeous' ( ' O ')、Rex ( ' R ')和Skyphos ( ' S ')品种在授粉后7 d ( 20220926 )和授粉后14 d的归一化反射光谱 ( 20221003 ) vs.波长( nm ),平均值(实色)和标准偏差(半透明),'Outredgeous '植物和其他两个品种之间的存在明显的光谱差异,而光谱形状看起来是每个品种所特有的

 

图7 首先计算所有波段值bx和by的组合的NDSI,即bx - by / bx + by,然后计算所有品种的平均NDSI的差异,从而算δ 归一化差分光谱指数(NSDI)的值,数值显示为上对角矩阵,因为所有矩阵都是对称的,虽然归一化光谱反射率图在品种间表现出相似的形状,但NDSI图清晰地显示了品种间的生化差异

 

图8 以实感技术L515 (比比生菜,左)的激光雷达LiDAR扫描和FLIR Vue Pro R ( ' Outredgeous '红色生菜,右)的热成像为例

 
来 源

Stephen L,Kelli M,Nicholas B, et al. SPOT: Scanning plant IoT facility for high-throughput plant phenotyping[J]. HardwareX,2023,15

 

编辑

王瑞丹

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