PlantScreen植物表型成像分析系统（XYZ三维移动成像版）

  PlantScreen植物表型成像系统由捷克PSI公司研制生产，整合了Robotic自动化控制系统、智能LEDs光照培养系统、叶绿素荧光成像测量分析、植物热成像分析、植物近红外成像分析、植物高光谱分析、自动条码识别管理、RGB真彩成像等多项先进技术，以最优化的方式实现大量植物样品——从拟南芥、玉米到各种其它植物的全方位生理生态与形态结构成像分析，用于高通量植物表型成像分析测量、植物胁迫响应成像分析测量、植物生长分析测量、生态毒理学研究、性状识别及植物生理生态分析研究等。作为全球第一家研制生产植物叶绿素荧光成像系统的厂家，PSI公司在植物表型成像分析领域处于全球的技术前列，大面积叶绿素荧光成像分析功能使PlantScreen成为植物表型分析与功能成像分析的最为先进的仪器设备，使植物生长、胁迫响应等测量参数达100多个。

PlantScreen系统包括如下成像分析功能：

1.      大型叶绿素荧光成像分析：单幅成像面积35x35cm，成像测量参数包括Fo, Fm, Fv, Fo’, Fm’, Fv’, Ft, Fv/Fm, Fv’/Fm’, Phi_PSII, NPQ, qN, qP, Rfd等几十个叶绿素荧光参数

2.      RGB成像分析：成像测量参数包括：

1)      叶面积（Leaf Area: Useful for monitoring growth rate）

2)      植物紧实度／紧密度（Solidity/Compactness. Ratio between the area covered by the plant’s convex hull and the area covered by the actual plant）

3)      叶片周长（Leaf Perimeter: Particularly useful for the basic leaf shape and width evaluation (combined with leaf area)）

4)      偏心率（Eccentricity: Plant shape estimation, scalar number, eccentricity of the ellipse with same second moments as the plant (0...circle, 1...line segment)）

5)      叶圆度（Roundness: Based on evaluating the ratio between leaf area and perimeter. Gives information about leaf roundness）

6)      叶宽指数（Medium Leaf Width Index: Leaf area proportional to the plant skeleton (i.e. reduction of the leaf to line segment)）

7)      叶片细长度SOL (Slenderness of Leaves)

8)      植物圆直径（Circle Diameter. Diameter of a circle with the same area as the plant）

9)      凸包面积（Convex Hull Area. Useful for compactness evaluation）

10)  植物质心（Centroid. Center of the plant mass position (particularly useful for the eccentricity evaluation)）

11)  节间距（Internodal Distances）

12)  生长高度（Growth Height）

13)  植物三维最大高度和宽度（Maximum Height and Width of Plant in 3 Dimensions）

14)  相对生长速率（Relative growth rate）

15)  叶倾角（Leaf Angle）

16)  节叶片数量（Leaf Number at Nodes）

17)  其它参数如用于植物适合度估算的颜色定量分级、绿度指数（Other parameters such as color segmentation for plant fitness evaluation, greening index and others）

3.      高光谱成像分析（选配），可成像并分析如下参数：

1)    归一化指数（Normalized Difference Vegetation Index (NDVI)）

2)    简单比值指数（Simple Ratio Index, Equation: SR = RNIR / RRED）

3)    改进的叶绿素吸收反射指数（Modified Chlorophyll Absorption in Reflectance Index (MCARI1), ?Equation: MCARI1 = 1.2 * [2.5 * (R790- R670) - 1.3 * (R790- R550)]）

4)    最优化土壤调整植被指数（Optimized Soil-Adjusted Vegetation Index (OSAVI)?, Equation: OSAVI = (1 + 0.16) * (R790- R670) / (R790- R670 + 0.16)）

5)    绿度指数（Greenness Index (G), Equation: G = R554 / R677）

6)    改进的叶绿素吸收反射指数（Modified Chlorophyll Absorption in Reflectance Index (MCARI), ?Equation: MCARI = [(R700- R670) - 0.2 * (R700- R550)] * (R700/ R670)）

7)    转换类胡罗卜素指数（Transformed CAR Index (TCARI)?, Equation: TSARI = 3 * [(R700- R670) - 0.2 * (R700- R550) * (R700/ R670)]）

8)    三角植被指数（Triangular Vegetation Index (TVI)?, ?Equation: TVI = 0.5 * [120 * (R750- R550) - 200 * (R670- R550)]）

9)    ZMI指数（Zarco-Tejada & Miller Index (ZMI), Equation: ZMI = R750 / R710）

10)    简单比值色素指数（Simple Ratio Pigment Index (SRPI), Equation: SRPI = R430 / R680）

11)    归一化脱镁作用指数（Normalized Phaeophytinization Index (NPQI), Equation: NPQI = (R415- R435) / (R415+ R435)）

12)    光化学植被反射指数（Photochemical Reflectance Index (PRI), Equation: PRI = (R531- R570) / (R531+ R570)）

13)    归一化叶绿素指数（Normalized Pigment Chlorophyll Index (NPCI), NPCI = (R680- R430) / (R680+ R430)）

14)    Carter指数（Carter Indices?, Equation: Ctr1 = R695 / R420; Ctr2 = R695 / R760）

15)    Lichtenthaler指数（Lichtenthaler Indices?, Equation: Lic1 = (R790 - R680) / (R790 + R680); Lic2 = R440 / R690）

16)    SIPI指数（Structure Intensive Pigment Index (SIPI), Equation: SIPI = (R790- R450) / (R790+ R650)）

17)    Gitelson－Merzlyak指数（Gitelson and Merzlyak Indices?, ?Equation: GM1 = R750/ R550; GM2 = R750/ R700）

4.      热成像分析（选配）：用于成像分析植物在光辐射情况下的二维发热分布，良好的散热可以使植物耐受较长时间的高光辐射或低水条件（干旱）

5.      近红外成像分析（选配）：用于观测分析植物的水分状态及其在不同组织间的分布变异，处于良好浇灌状态的植物表现出对近红外光谱的高吸收性，而处于干旱状态的植物则表现出对近红外光谱的高反射性，通过分析软件可以监测分析从干旱胁迫到再浇灌过程中的整个过程动态及植物对干旱胁迫的响应和水分利用效率，并形成假彩图像，可以与植物的形态指数及叶绿素荧光指数进行相关分析研究。

系统配置与工作原理：

       PlantScreen植物表型成像分析系统XYZ三维移动成像版（PlantScreen XYZ Rototic System）基本配置包括自动化XYZ三维操作系统、RGB成像、FluorCam叶绿素荧光成像等，可选配高光谱成像、植物热成像、植物近红外成像、植物标识系统等，成像系统由自动化三维机械臂移动到植物上方进行成像分析等

技术指标：

1.      XYZ三轴机械臂可自由移动至植物上方成像分析，大小可根据客户定制，标准配置移动成像平台可在4个110x170cm的植物培养台上XYZ三维移动扫瞄成像，培养台高75cm，成像平台100cm－150cm高度可调（自动控制）

2.      叶绿素荧光成像：镜头分辨率1392x1040像素，单幅成像面积35x35cm，测量光橙色618nm，橙色和白色双波长光化学光，饱和光闪为白色，最大光强3600μmol/m²/s,具735nm红外光源

3.      RGB成像：高灵敏度成像传感器1/2.5”,分辨率2592x1944像素，像素大小2.2μm，自动或手动曝光和白平衡等，成像信息包括时间和位置，纪录格式为日期－月份－年度－小时－分钟－秒－Pos_X_Y_Z.bmp

4.      RGB成像分析处理：桶形畸变校准功能、托盘探测与剪裁处理功能、背景减除功能

5.      NIR近红外成像单元（选配）：可成像采集1450－1600nm水吸收波段，以反映植物水分状况，在供水充沛情况下表现出高NIR吸收值，干旱胁迫情况下则表现出高NIR反射，NIR假彩色成像可以通过软件反映和分析植物水分状况

6.      高光谱成像单元（选配），1000-2500nm（SWIR）镜头或400-1000nm（VNIR）镜头，视野150x100cm

7.      热成像单元：分辨率640x480像素，温度范围20－120°C，灵敏度NETD<0.05°C@30°C/50mK，成像面积可达150x150cm

8.      系统控制与数据采集分析系统：用户友好的图形界面，用户定义、可编辑自动测量程序（protocols），控制单元有主电源开关、紧急关闭、XYZ三维轴启动开关、暂停键、移动键等，用户名和密码保护