便攜式多光譜植物表型成像系統(tǒng)

產(chǎn)品型號： Videometer LiteField

所屬分類：田間植物表型成像系統(tǒng)

更新時間：2024-01-03

簡要描述：Videometer Lite便攜式多光譜植物表型成像系統(tǒng)采用了LED頻閃光源系統(tǒng)，有效組合了7個波長測量，并生成圖譜合一的融合光譜圖像，每個像素對應一個不同反射光譜。

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Videometer Lite采用了LED頻閃光源系統(tǒng)，有效組合了7個波長測量，并生成圖譜合一的融合光譜圖像，每個像素對應一個不同反射光譜。該設備包括可見光以及NIR近紅外波段，用于作物表型、植物病害等等進行精確、全面檢測。該便攜式Videometer Lite可搭載到推車支架上，在田間使用，也可手持使用，是一款多功能成像平臺。

便攜式多光譜植物表型成像系統(tǒng)主要功能

結(jié)合可見光成像和光譜成像優(yōu)點

對種子、病害表型成像

便攜設計，方便帶到溫室或野外使用

標準校準功能，數(shù)據(jù)可重復

經(jīng)驗豐富的專家根據(jù)應用經(jīng)驗設計的軟件，操作簡單，解決農(nóng)業(yè)應用中遇到的問題

內(nèi)置顏色校正

標配7個光譜波段，并不斷升級中 

便攜式多光譜植物表型成像系統(tǒng)產(chǎn)品說明

該系統(tǒng)也可以對細菌、真菌、蟲卵等進行高通量成像測量，進行毒理學或其它研究，用于食品谷物、作物、肉品等等進行精確、全面品質(zhì)檢測。Videometer系統(tǒng)生成圖片可用其它分析系統(tǒng)進行分析，如Matlab等?？紤]到Videometer Lite可能需要經(jīng)常帶到溫室、野外或其它地方進行測量，因此它被設計成可便攜攜帶的樣式。

VideometerLab Lite的工作軟件由Videometer公司強大的生物信息學和軟件團隊開發(fā)，充分考慮在實際應用的需求，操作簡單，功能強大。Videometer還在不斷研究、升級新算法，適合各種需求。

VideometerLab Lite便攜式種子表型多光譜成像系統(tǒng)通過測量種子在7種不同波長（波長范圍405-850nm）的LED頻閃光下的成像來獲取有用的信息。這些圖像可以獨立分析使用，也可以疊加起來合成高分辨率的顏色圖像。基礎(chǔ)整合模塊，含7個波段多光譜成像系統(tǒng)。軟件可進行顏色校準，標簽識別，灰度圖轉(zhuǎn)換等。

田間多光譜表型成像系統(tǒng)應用

表型性狀分析/挖掘，基因型-表型關(guān)聯(lián)

農(nóng)業(yè)育種

園藝學、農(nóng)業(yè)信息學

果實品質(zhì)分析

植物病理研究

生物量分析

種子萌發(fā)研究

抗逆研究

直接測量的參數(shù)

尺寸

形狀

顏色

形態(tài)紋理

光譜質(zhì)構(gòu)

與表面化學相關(guān)的光譜成分

計數(shù)

間接測量或計算

種子純度

發(fā)芽百分比

發(fā)芽率

種子活力

種子健康度

種子成熟度

種子壽命等

主要特點

集成球體提供均勻和彌散光線照明

10-15秒鐘內(nèi)實現(xiàn)光譜成像和定量分析

7不同波長/光源

3百萬像素/波長，提供,2100萬像素/幀分辨率

標準設備包括易于使用設備校準

與傳統(tǒng)RGB技術(shù)相比具有*彩色測量功能

根據(jù)應用需求可自動切換動態(tài)范圍

光源壽命長、可達10萬小時

LED光源技術(shù)穩(wěn)定性增強

研究用強大探索軟件

易用常規(guī)應用配方構(gòu)建工具（建模）

成像特點

快速、無損檢測

包括處理在內(nèi)每樣品處理僅需10-20秒

與其它破壞性技術(shù)組合

高靈活性測量

主要專注：可重復洗、可追溯性、耐用性、可傳遞性

技術(shù)參數(shù)

全套分析時間10-15秒/樣品

電源：5 V DC 3 A

電源功耗300 VA

環(huán)境溫度操作: 5-40℃，儲存-5-50℃

環(huán)境濕度20-90 % RH相對濕度，非冷凝

軟件備選：圖像處理工具包 (IPT)

光譜成像工具盒 (MSI)          

斑點工具盒

設備尺寸： 270  mm(h) * 240 mm(w) * 200 mm(d)

重量：1.1kg  

案例應用

由葉綠素/成熟度區(qū)分種子

來自英國的科學家研究重點是對高級成像技術(shù)進行評估，以對根定植進行真菌檢測和精確定量，通過測量光合參數(shù)評估對地上部健康的影響。研究中使用了VideometerLab 多光譜成像系統(tǒng)。

圖中顯示“Take-all"感染小麥幼苗。左側(cè)是原始圖像，有紅色箭頭標示“take-all "損失，用手工評分；右圖是相同圖像經(jīng)‘VideometerLab’分析，將根組織分類為感病(藍色)和健康(桔色/黃色)。

利用Videometer多光譜成像系統(tǒng)對藜麥霜霉病成像

藜麥(Chenopodium quinoa)是一種作物，營養(yǎng)豐富，在多個國家廣有種植。真菌病如霜霉病限制了谷物產(chǎn)量，培育抗性品系，如抗霜霉病品系是藜麥育種的中心目標。

利用常規(guī)RGB成像來測量藜麥對霜霉病的表型反應(Peronospora variabilis ) 測量比較困難，原因在于來自不同藜麥基因型在葉片上有不同綠色和紅色斑點進行干擾，參見圖1和圖2。 

開發(fā)圖像分析規(guī)程來區(qū)分健康藜麥葉片組織以及感染霜霉病的藜麥葉片組織。研究利用Videometer多光譜成像系統(tǒng)對嚴重度程度表型和孢子形成進行研究。

嚴重程度是葉片正面損傷的面積占整個葉片面積的百分比。依基因型不同，顏色可為桔色、黃色或紅色。

孢子形成是損傷部上方孢子量，以百分比測量，通過測量葉片正面進行評估。 

圖1 葉片正面嚴重度癥狀

圖2 葉片正面孢子形成

多光譜圖像分析

研究人員利用VideometerLab 4多光譜成像系統(tǒng)進行多光譜成像，積分球確保對樣品的均一照明(圖3)。每個獲取的圖像層由19個不同圖像波段組成，波長涵蓋365nm（UVA）到970nm（NIR）。圖像的每個像素分辨率為~41 µm。每個圖像層的分辨率為2192X2192像素。

圖像分析嚴重度模型

從G9基因型葉片正面(圖4)清楚看到了黃化現(xiàn)象(A)，拍攝了RGB圖像（常規(guī)相機，人眼可見光波段。(B)和(C)顯示了多光譜圖層中的2個波段，藍光490nm(B)和黃光570nm(C)。對健康植物組織和黃化界定進行了初始標記，轉(zhuǎn)換建立了模型(D)，通過nCDA（歸一化典型判別分析將19個波段信息（圖像中多個圖層），轉(zhuǎn)換為了整個圖層的代表像素范圍值。之后切割(E和F)，可用于所有圖像-所有品系和基因型，獲取有黃化組織（E黃色）百分比定量分析，該特定葉片比例為68.0%，或者包括紅色覆蓋孢子區(qū)(F)，比例為18,9%，黃化（黃色）比例68%，孢子和黃化區(qū)綜合面積占比75.8%。 

圖像分析孢子形成

在葉片正面（底部），RGB圖像中的G9基因型清晰可見到孢子形成圖像（下底部A和B放大）。盡管在可見光波段很難檢測到單個波段，這里特別標出了藍光波段（490nm）（C）。進入NIR（780nm）波段（下左部的D和E放大），清晰看見了孢子。使用該信息（僅標識黑灰色孢子）可幫助我們區(qū)分切割孢子像素（F），并將該面積定量，該葉片孢子比例為12.5% （黃色顯示），不包括黃化部分面積。

另外，此處的孢子標識與正面圖像分析而言更加保守。 覆蓋的非黑灰區(qū)的像素部分 (像素比單個孢子要大）估計，孢子比例為~23%（此處未予以顯示)。

圖4(A) sRGB圖像。(B)，490nm(藍光)，(C)，570nm(黃色)，(D) 轉(zhuǎn)換，(E)和(F)，2種類型定量分割。

圖5(A) sRGB 圖像，(B)490nm(藍光)，(C) 570nm(黃色)，(D)轉(zhuǎn)換，(E)定量分割。

結(jié)果

圖6:133個基因型的平均嚴重程度（%）分布

表1手工以及基于多光譜表型成像的藜麥霜霉病互作