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WIWAM植物表型成像系統(tǒng)由比利時(shí)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(dòng)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、植物多光譜分析、植物CT斷層掃描分析、自動(dòng)條碼識(shí)別管理、RGB真彩3D成像等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，以優(yōu)化的方式實(shí)現(xiàn)大量植物樣品——從擬南芥、玉米到各種其它植物的全方位生理生態(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(shí)別及植物生理生態(tài)分析研究等。

SMO機(jī)械設(shè)備制造與設(shè)計(jì)工程公司是一家將大規(guī)模自動(dòng)化理念和工業(yè)級(jí)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(dòng)化以及機(jī)器視覺成像領(lǐng)域擁有豐富的設(shè)計(jì)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為歐洲客戶提供機(jī)械設(shè)計(jì)解決方案，SMO公司將機(jī)械領(lǐng)域的先進(jìn)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(dòng)化配件，均由SMO公司自主設(shè)計(jì)，因擁有極為強(qiáng)大的工程師團(tuán)隊(duì)，基于工業(yè)領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn)，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(tái)分為WIWAM XY，WIWAM Line以及WIWAM Conveyor3個(gè)系列，同時(shí)還提供WIWAM Boxing柜式成像系統(tǒng)，也提供野外表型成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

高通量植物表型成像系統(tǒng)WIWAM conveyor產(chǎn)品介紹

WIWAM conveyor是一款集成機(jī)器人解決方案，用于高通量可重復(fù)表型平臺(tái)，用于大型植物如玉米。該機(jī)器人可進(jìn)行自動(dòng)灌溉，允許定期對多種植物生長參數(shù)測量。WIWAM Conveyor代替了很多手工操作，省時(shí)省錢，精度高。該WIWAM機(jī)器人傳送帶網(wǎng)絡(luò)組成，可將植物傳送到1或多臺(tái)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)用是植物種植在不同各自花盆內(nèi)。這些花盆在傳送帶系統(tǒng)上以小車運(yùn)輸。花盆和小車均有少有識(shí)別碼(分別QR和RFID碼)，從其固定生長區(qū)域傳送到稱重和灌溉站以及成像柜，都可對每植株進(jìn)行個(gè)性處理。成像平臺(tái)是封閉區(qū)域，配有適合照像的光照條件，配有旋轉(zhuǎn)平臺(tái)提升裝置，可從觀察角度穩(wěn)定獲得圖像，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(shí)旋轉(zhuǎn)，以在花盆獲得較佳水分布。灌溉精度較高可達(dá)+/-1mL。澆水后，可應(yīng)用指定容器中準(zhǔn)備好的不同溶液。另外，灌溉可以基于對目標(biāo)重量計(jì)算或固定量。這方法可以保證在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中的有效土壤濕度水平。通過集成光、溫度和濕度傳感器監(jiān)控環(huán)境，詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)生長條件。

該系統(tǒng)的精明之處在于包括1個(gè)處理區(qū)，系統(tǒng)可以提取和檢索所需號(hào)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)，可視覺觀察植物或手工操作植物，如測量特定植物性扎狀，或提取部分植物做分子或化學(xué)分析。系統(tǒng)另外一精明特征是可將外部植物裝載到系統(tǒng)中，例如生長在另外一間溫室或生長箱中的植物，可將其在稱重和灌溉站成像和/或處理。

高通量植物表型成像系統(tǒng)WIWAM conveyor特點(diǎn)

稱重和灌溉站位置，植物在澆水時(shí)旋轉(zhuǎn)，以在花盆獲得較佳水分布。灌溉精度較高可達(dá)+/-1mL。澆水后，可應(yīng)用指定容器中準(zhǔn)備好的不同溶液。另外，灌溉可以基于對目標(biāo)重量計(jì)算或固定量。這方法可以保證在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中的有效土壤濕度水平。通過集成光、溫度和濕度傳感器監(jiān)控環(huán)境，詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)生長條件。

該系統(tǒng)的精明之處在于包括1個(gè)處理區(qū)，系統(tǒng)可以提取和檢索所需號(hào)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)，可視覺觀察植物或手工操作植物，如測量特定植物性扎狀，或提取部分植物做分子或化學(xué)分析。系統(tǒng)另外一精明特征是可將外部植物裝載到系統(tǒng)中，例如生長在另外一間溫室或生長箱中的植物，可將其在稱重和灌溉站成像和或處理。

成像系統(tǒng)優(yōu)勢

所有表型平臺(tái)均為SMO工程部門自主設(shè)計(jì)、針對課題組的研究項(xiàng)目快速、準(zhǔn)確提供技術(shù)方案，設(shè)備中諸多備件為自主生產(chǎn)和設(shè)計(jì)；公司軟件設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)針對具體項(xiàng)目提供有針對性的WIWAM定制軟件；SMO和VIB自主開發(fā)PIPPA 數(shù)據(jù)管理、視覺成像和分析軟件，系統(tǒng)高效處理整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的大數(shù)據(jù)；PIPPA 軟件可安裝在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上（包括專有用戶管理系統(tǒng)），網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)計(jì)算機(jī)均可操作；在PIPPA軟件內(nèi)，可集成整合外來分析數(shù)據(jù)和文本；易于獲取數(shù)據(jù)庫和原始圖像數(shù)據(jù)；與客戶自有IT技術(shù)設(shè)施進(jìn)行整合；針對客戶對表型設(shè)備運(yùn)行環(huán)境了解欠缺的事實(shí)，提供表型設(shè)備生長室、溫室建設(shè)交鑰匙設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)環(huán)境參數(shù)如照明、溫度、濕度等控制，提供一站式表型研究解決方案；專門技術(shù)人員維護(hù)設(shè)備、定期指導(dǎo)維護(hù)硬件；官方代理密切溝通服務(wù)、提供支持反饋；自主電路設(shè)計(jì)、建筑內(nèi)電柜設(shè)計(jì)、機(jī)械電纜布線以及PLC管理所有室內(nèi)設(shè)施，將工業(yè)領(lǐng)域理念灌輸?shù)娇蒲兄校欢嗥肳IWAM系統(tǒng)進(jìn)行研究的文章發(fā)表在期刊如Nature Biotechnology等上面；迅速增長的用戶群；采用開放式框架設(shè)計(jì)，可整合市面上的所以種類成像模塊。

應(yīng)用領(lǐng)域

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(shí)改善作物產(chǎn)量的主要瓶頸。眾所周知表型工作是*耗勞力和具技術(shù)挑戰(zhàn)性的部分，成本高且耗時(shí)。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 植物表型成像系統(tǒng)集成了這些技術(shù)，替代了很多人工處理。該植物表型平臺(tái)可應(yīng)用到多個(gè)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.

產(chǎn)品可選配模塊

可見光RGB成像模塊

可見光RGB成像是所有高通量植物表型平臺(tái)的核心部分，它分辨率高、測量快速、科研中應(yīng)用較多、發(fā)表文章較多，可以捕獲與植物生長和發(fā)育相關(guān)的大量參數(shù)。此外，它們可以提供植物形態(tài)和結(jié)構(gòu)的測量，并且包含顏色信息。參數(shù)如下：

葉面積、植物緊實(shí)度／緊密度、葉片周長、偏心率、葉圓度、葉寬指數(shù)、植物圓直徑、凸包面積、植物質(zhì)心、節(jié)間距、生長高度、植物三維**高度和寬度、相對生長速率、葉傾角、節(jié)葉片數(shù)量。

葉綠素?zé)晒獬上衲K

葉綠素?zé)晒獬上駥儆诙ㄖ苹O(shè)計(jì)，成像面積范圍是從30x30cm到200x200cm，是目前適合大型植物植株成像的熒光成像系統(tǒng)。它可以頂部成像，也可以側(cè)面成像，甚至頂部和側(cè)面都成像；集成到高通量植物表型平臺(tái)中，進(jìn)行高通量的光合表型測量。該模塊技術(shù)參數(shù)如下：Fo， FI， Fm， Ft， Fm’， FI’， Fo’， Fv/Fm， φPSII， φRO， NPQ， qN， qP， Rfd， NDVI， RNIR， RChl， RAnth， RRed， RGreen， RBlue， Chl. Index， Ant. Index等。

葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)參數(shù)

群體植物光合長期監(jiān)測模塊

實(shí)時(shí)對植物進(jìn)行多傳感監(jiān)控：PSII**和有效效率，光強(qiáng)，輻射，ETR以及植物面積。群體植物光合長期監(jiān)測傳感器是一款自動(dòng)多傳感器，可測量PSII與**效率(Fv/Fm)、有效效率相關(guān)的參數(shù)。通過鏡像系統(tǒng)，通過內(nèi)置計(jì)算機(jī)控制，激光束打到植物上。每5秒鐘，激光束不斷變化在植物上的位置，每次循環(huán)可生成數(shù)百個(gè)測量點(diǎn)。系統(tǒng)編程測量每個(gè)激光點(diǎn)的PSII效率，光強(qiáng)以及輻射。計(jì)算參數(shù)有PAR光，F(xiàn)q’/Fm’以及ETR(電子傳 遞速率)。ETR與CO2吸收相關(guān)。植物面積可從含有葉綠素的測量位置數(shù)計(jì)算出來。傳感器上面有2個(gè)內(nèi)置Licor傳感器，PAR傳感器以及輻射傳感器。傳感器可集成在知名的LetsGrow系統(tǒng)中以及wiwam系統(tǒng)中。在系統(tǒng)中，可監(jiān)測來自該傳感器的所有數(shù)據(jù)并與其它環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。

激光點(diǎn)測量參數(shù)：

*小(Fo或 Fs)以及**(Fm或Fm)葉綠素?zé)晒庑盘?hào)、CropObserver頂部光強(qiáng)、CropObserver頂部輻射、計(jì)算機(jī)24/7實(shí)時(shí)信息、實(shí)時(shí)Fv/Fm 和Fq /Fm平均值與分布、實(shí)時(shí)PAR平均值 μmol/s/ m2、實(shí)時(shí)輻射平均值 /s/ m2、實(shí)時(shí)ETR平均值與分布、植物面積

近紅外成像模塊

近紅外成像主要用于觀測分析植物的水分狀態(tài)及其在不同組織間的分布變異，處于良好澆灌狀態(tài)的植物表現(xiàn)出對近紅外光譜的高吸收性，而處于干旱狀態(tài)的植物則表現(xiàn)出對近紅外光譜的高反射性，通過分析軟件可以監(jiān)測分析從干旱脅迫到再澆灌過程中的整個(gè)過程動(dòng)態(tài)及植物對干旱脅迫的響應(yīng)和水分利用效率，并形成假彩圖像，可以與植物的形態(tài)指數(shù)及葉綠素?zé)晒庵笖?shù)進(jìn)行相關(guān)分析研究。

近紅外成像模塊技術(shù)參數(shù)

紅外熱成像模塊

紅外熱成像主要用于成像分析植物在光輻射情況下的二維發(fā)熱分布，良好的散熱可以使植物耐受較長時(shí)間的高光輻 射或低水條件（干旱）。

紅外熱成像模塊技術(shù)參數(shù)

高光譜成像模塊

高光譜成像在估測植物各種生化組分的吸收光譜信息及植物生長情況的檢測上表現(xiàn)出了強(qiáng)大的優(yōu)勢，主要用于植物 的營養(yǎng)狀況、水分含量、長勢情況、病蟲害情況監(jiān)測等。

高光譜成像模塊技術(shù)參數(shù)

激光3D掃描多光譜成像模塊

激光3D掃描成像能夠耐受全日照輻射而不影響測量，在高精度測量三維點(diǎn)云信息的同時(shí)，測量400-900 nm范圍內(nèi)4 個(gè)波段的多光譜成像，使得我們可以得到植物在X、Y和Z軸上所有坐標(biāo)點(diǎn)的多光譜信息，通過點(diǎn)云的空間深度信息和角 度信息，可以對光譜信息進(jìn)行**的校準(zhǔn)，從而獲得更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

激光3D掃描多光譜成像模塊技術(shù)參數(shù)

根系CT成像模塊

根系CT成像是植物表型平臺(tái)的重要組成部分，成功的實(shí)現(xiàn)了原位監(jiān)測植株根系狀態(tài)，并對直徑20cm花盆內(nèi)自然土 壤中的根系進(jìn)行掃描和重建。

根系CT成像模塊技術(shù)參數(shù)

IT解決方案和儲(chǔ)存

WIWAM軟件在高端工業(yè)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，觸摸屏。該軟件配有用戶友好圖形界面，用于控制機(jī)器人站行為以及以極高靈活度設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。可同時(shí)運(yùn)行多組實(shí)驗(yàn)，可運(yùn)行不同隨機(jī)模式，可及時(shí)規(guī)劃單個(gè)植株或一組植株的處理。在預(yù)設(shè)啟動(dòng)時(shí)間，PC機(jī)將向工業(yè)PLC發(fā)送指令，照管機(jī)器人移動(dòng)。所有成像，稱重/澆水以及環(huán)境數(shù)據(jù)均可存于SQL數(shù)據(jù)庫，記錄后可用于分析記錄。系統(tǒng)采用了開放式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，可以直接獲取圖像。該平臺(tái)可以與高性能計(jì)算相連，用于分析儲(chǔ)存數(shù)據(jù)或者可與本地服務(wù)器設(shè)施整合。

SMS郵件服務(wù)可以通知用戶機(jī)器報(bào)警和錯(cuò)誤，可盡快進(jìn)行用戶干涉。系統(tǒng)可于任一點(diǎn)暫停和停下，UPS(不間斷電源)可防止數(shù)據(jù)丟失和確保在停電后全系統(tǒng)恢復(fù)。該軟件也有平臺(tái)管理員系統(tǒng)設(shè)置和維護(hù)行為通道。

圖像分析和數(shù)據(jù)可視化

WIWAM Conveyor有VIB開發(fā)的圖像分析和數(shù)據(jù)可視化軟件支持，此軟件包，稱為PIPPA，是中央網(wǎng)絡(luò)界面和數(shù)據(jù)庫，一方面用來為不同類型的WIWAM植物表型平臺(tái)提供管理的工具，另一方面用于分析圖像和數(shù)據(jù)。

PIPPA與該平臺(tái)通訊，通過將PIPPA網(wǎng)絡(luò)界面生成的實(shí)驗(yàn)結(jié)果傳到平臺(tái)。每個(gè)花盆的處理和基因型信息已在數(shù)據(jù)庫限定以確保在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)一體性。實(shí)驗(yàn)期間PIPPA對來自平臺(tái)的稱重，灌溉測量，環(huán)境數(shù)據(jù)，錯(cuò)誤記錄以及圖像信息進(jìn)行處理分析。PIPPA支持這些圖像后續(xù)處理(旋轉(zhuǎn)/收獲/等)。圖像分析文本可以在PIPPA界面初始化，可設(shè)置于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器運(yùn)行(獨(dú)立版本)或計(jì)算機(jī)群運(yùn)行，以快速生成結(jié)果。隨后，通過檢查數(shù)據(jù)是否在特定閾值之內(nèi)可在網(wǎng)絡(luò)幾面對輸出文本進(jìn)行驗(yàn)證，例如，是否生長相關(guān)性狀，如植物枝條面積一段時(shí)間內(nèi)是否增加。

北京博普特科技有限公司是比利時(shí)WIWAM植物表型成像系統(tǒng)的中國區(qū)總代理，全面負(fù)責(zé)其系列產(chǎn)品在中國市場的推廣、銷售和售后服務(wù)。