比利時溫室植物表型成像平臺

WIWAM植物表型成像系統(tǒng)由比利時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)、自動化控制系統(tǒng)、葉綠素?zé)晒獬上駵y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、 自動條碼識別管理、RGB真彩3D成像等多項*技術(shù)，以優(yōu)化的方式實現(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量、植物脅迫響 應(yīng)成像分析測量、植物生長分析測量、生態(tài)毒理學(xué)研究、性狀識別及植物生理生態(tài)分析研究等。將大規(guī)模自動化理念和工業(yè)級零件和設(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*儀器設(shè)備，植物生長、脅迫響應(yīng)等測量參數(shù)達(dá)幾百個。目前WIWAM植物表型平臺分為WIWAM XY， WIWAM Line以及WIWAM Conveyor 3個系列。高通量田間植物表型平臺也在開發(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，可用于大型植物，如玉米研究。該機(jī)器人可進(jìn)行自動灌溉，能定期對多種植物生長參數(shù)測量。WIWAM Conveyor代替了很多人工操作，省時省錢，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)上以小車運輸?；ㄅ韬托≤嚲?識別碼 (分別QR和RFID碼)，可將其從固定生長區(qū)域傳送到稱重和灌溉站以及成像柜，每個植株均可進(jìn)行進(jìn)行個性處理。成像平臺是封閉區(qū)域，配有適合照像的光照條件，配有旋轉(zhuǎn)平臺提升裝置，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)重量計算或固定量計算。此方法可保證整個 實驗中的土壤精確濕度水平?？赏ㄟ^集成光、溫度和濕度傳感器監(jiān)控環(huán)境，詳細(xì)記錄實驗生長條件。 該系統(tǒng)的特別之處在于包括1個“處理區(qū)”，系統(tǒng)可以選取和檢索號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，例如可將生長在另外一間溫室或生長箱中的植物 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 解基因編碼過程以及應(yīng)用該知識改善作物產(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。但該“表型瓶頸”已可通過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。該植物表型平臺可集成到 多個研究領(lǐng)域，包括植物生長調(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，營養(yǎng)水平或土壤類型下，研究化學(xué)物影響。

比利時溫室植物表型成像平臺機(jī)器配置／技術(shù)指標(biāo) 

Conveyor可將植物通過傳送帶移動進(jìn)行成像分析，設(shè)計用于可容納植物高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，自動或手動曝光和白平衡等，成像信息包括時間和位置等、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、缺陷/熱像素校對 (靜態(tài)；動態(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，這些傳感器可測量溫度和相對濕度，是研究 非常有價值的參數(shù) 。數(shù)據(jù)儲存在數(shù)據(jù)庫中。

PAR 光測量（選配）：可在溫室內(nèi)安裝PAR 光強(qiáng)度傳感器。這些PAR傳感器可測量光強(qiáng)度，是做研 究很有價值的參數(shù)。 光平均數(shù)據(jù)定期儲存在數(shù)據(jù)庫內(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)不可控斷電時關(guān)閉， 多數(shù)元件可保 持在24V，計算機(jī)為230V 。如果你的電源非常穩(wěn)定，無需備用，但我們推薦良好的UPS 系統(tǒng)來避免斷電 造成的損失。

備取景相機(jī)（選配）：系統(tǒng)里有很多植物移動，對該情況有個監(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、可編輯自動測量程序、控 制單元有主電源開關(guān)、緊急關(guān)閉、啟動開關(guān)、暫停鍵、移動鍵等，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，以避免白天運行長時間等待，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，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軟 件反映和分析植物水分狀況。

可見光成像

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

平均故障間隔時間                                 >660000 小時 @ 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                                         缺陷/熱像素校對 (靜態(tài)、動態(tài))、FFC、黑色位準(zhǔn)、縱向涂片 

    SMO是歐洲著名的機(jī)械設(shè)備制造與設(shè)計工程公司，專注于為機(jī)械自動化、機(jī)器視覺以及各個領(lǐng)域提供定制化解決方案。公司工廠配備各種設(shè)備，具有3D設(shè)計、強(qiáng)度計算、焊接、切割以及組裝等豐富的經(jīng)驗。SMO自動化領(lǐng)域涵蓋工業(yè)機(jī)械制造的*制造技術(shù)，提供自動傳輸系統(tǒng)到專業(yè)焊接等各個領(lǐng)域的技術(shù)，針對客戶需求提供定制化解決方案。在遠(yuǎn)程過程工作領(lǐng)域，SMO擁有的經(jīng)驗，通常過程自動化包括改進(jìn)生產(chǎn)線，例如標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械件布局，重新規(guī)劃傳感器和PLC控制系統(tǒng)。SMO還擁有提供交鑰匙工程的能力，如設(shè)計整條生產(chǎn)線。在多種情況下，公司工程師從客戶提供想法開始，通?？蛻粢呀?jīng)有改善生產(chǎn)過程的想法。自動化還包括電氣配電柜、機(jī)械電纜，PLC控制，成像以及機(jī)器人各個部分。設(shè)計線路圖，配電柜、機(jī)械電纜以及PLC控制的組織安裝。將大規(guī)模自動化理念和工業(yè)零件和設(shè)備整合入植物成像系統(tǒng)的廠家，在機(jī)械自動化以及機(jī)械視覺成像領(lǐng)域擁有豐富的設(shè)計和實踐經(jīng)驗，為歐洲客戶提供機(jī)械設(shè)計解決方案，SMO公司將機(jī)械領(lǐng)域的*理念帶入了植物表型機(jī)器人領(lǐng)域，所采用的配件均為工業(yè)界廣泛認(rèn)可的高品質(zhì)配件，耐受苛刻環(huán)境，另外表型設(shè)備領(lǐng)域的諸多自動化配件，均由SMO公司自主設(shè)計，因公司擁有極為強(qiáng)大的工程師團(tuán)隊，基于工業(yè)領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗，可針對不同客戶需求，一般2-3周就可以提供極復(fù)雜表型成像系統(tǒng)的解決方案。目前WIWAM植物表型平臺分為WIWAM XY，WIWAM Line以及WIWAM Conveyor3個系列。同時還可提供WIWAM Boxing柜式成像系統(tǒng)，也提供野外表型成像系統(tǒng)設(shè)計方案。