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WIWAM植物表型成像系統(tǒng)由比利時SMO公司與Ghent大學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),、葉綠素熒光成像測量分析、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,、自動條碼識別管理、RGB真彩3D成像等多項先進技術,，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全方位生理生態(tài)與形態(tài)結構成像分析，用于高通量植物表型成像分析測量,、植物脅迫響應成像分析測量,、植物生長分析測量,、生態(tài)毒理學研究、性狀識別及植物生理生態(tài)分析研究等,。

SMO機械設備制造與設計工程公司是一家將大規(guī)模自動化理念和工業(yè)級零件和設備整合入植物成像系統(tǒng)的廠家,，在機械自動化以及機器視覺成像領域擁有豐富的設計和實踐經(jīng)驗，為歐洲客戶提供機械設計解決方案,，SMO公司將機械領域的先進理念帶入了植物表型機器人領域,，所采用的配件均為工業(yè)界廣泛認可的高品質(zhì)配件，耐受苛刻環(huán)境,，另外表型設備領域的諸多自動化配件,，均由SMO公司自主設計，因擁有極為強大的工程師團隊,，基于工業(yè)領域的豐富經(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，同時還提供WIWAM Boxing柜式成像系統(tǒng),，也提供野外表型成像系統(tǒng)設計方案,。

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

WIWAM conveyor是一款集成機器人解決方案,，用于高通量可重復表型平臺,，用于大型植物如玉米。該機器人可進行自動灌溉,，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，省時省錢,，精度高,。該WIWAM機器人傳送帶網(wǎng)絡組成，可將植物傳送到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)部件構成,。典型應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)上以小車運輸?；ㄅ韬托≤嚲猩儆凶R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，可從觀察角度穩(wěn)定獲得圖像,，聚焦遠處感興趣部分,。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)，以在花盆獲得較佳水分布,。灌溉精度較高可達+/-1mL,。澆水后，可應用指定容器中準備好的不同溶液,。另外,，灌溉可以基于對目標重量計算或固定量。這方法可以保證在整個實驗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，詳細記錄實驗生長條件,。

該系統(tǒng)的精明之處在于包括1個處理區(qū),，系統(tǒng)可以提取和檢索所需號碼的屬于特定基因組或處理的植株。系統(tǒng)用戶可進入操作區(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

稱重和灌溉站位置,，植物在澆水時旋轉(zhuǎn)，以在花盆獲得較佳水分布,。灌溉精度較高可達+/-1mL,。澆水后，可應用指定容器中準備好的不同溶液,。另外,，灌溉可以基于對目標重量計算或固定量。這方法可以保證在整個實驗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，詳細記錄實驗生長條件。

該系統(tǒng)的精明之處在于包括1個處理區(qū),，系統(tǒng)可以提取和檢索所需號碼的屬于特定基因組或處理的植株,。系統(tǒng)用戶可進入操作區(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

所有表型平臺均為SMO工程部門自主設計,、針對課題組的研究項目快速,、準確提供技術方案，設備中諸多備件為自主生產(chǎn)和設計,；公司軟件設計團隊針對具體項目提供有針對性的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)高效處理整個實驗設計的大數(shù)據(jù),；PIPPA 軟件可安裝在網(wǎng)絡服務器上（包括專有用戶管理系統(tǒng)），網(wǎng)絡中每個計算機均可操作,；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技術設施進行整合,；針對客戶對表型設備運行環(huán)境了解欠缺的事實，提供表型設備生長室,、溫室建設交鑰匙設計方案,，實現(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,；專門技術人員維護設備,、定期指導維護硬件；官方代理密切溝通服務,、提供支持反饋,；自主電路設計、建筑內(nèi)電柜設計,、機械電纜布線以及PLC管理所有室內(nèi)設施,，將工業(yè)領域理念灌輸?shù)娇蒲兄校欢嗥肳IWAM系統(tǒng)進行研究的文章發(fā)表在期刊如Nature Biotechnology等上面；迅速增長的用戶群,；采用開放式框架設計,，可整合市面上的所以種類成像模塊。

應用領域

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聯(lián)的進程要緩慢的多,，這表明植物表型是理解基因 編碼過程以及應用該知識改善作物產(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、機器人技術,、圖像分析技術以及數(shù)據(jù)處理技術解決,。WIWAM 植物表型成像系統(tǒng)集成了這些技術，替代了很多人工處理,。該植物表型平臺可應用到多個研究領域,，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的核心部分，它分辨率高,、測量快速,、科研中應用較多、發(fā)表文章較多,，可以捕獲與植物生長和發(fā)育相關的大量參數(shù),。此外，它們可以提供植物形態(tài)和結構的測量,，并且包含顏色信息,。參數(shù)如下：

葉面積、植物緊實度／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,。

葉綠素熒光成像模塊

葉綠素熒光成像屬于定制化設計,，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中,，進行高通量的光合表型測量。該模塊技術參數(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。

葉綠素熒光成像技術參數(shù)

群體植物光合長期監(jiān)測模塊

實時對植物進行多傳感監(jiān)控：PSII**和有效效率,，光強,，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多傳感器,，可測量PSII與**效率(Fv/Fm),、有效效率相關的參數(shù)。通過鏡像系統(tǒng),，通過內(nèi)置計算機控制,，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)百個測量點。系統(tǒng)編程測量每個激光點的PSII效率,，光強以及輻射,。計算參數(shù)有PAR光，F(xiàn)q’/Fm’以及ETR(電子傳 遞速率),。ETR與CO2吸收相關,。植物面積可從含有葉綠素的測量位置數(shù)計算出來。傳感器上面有2個內(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)進行對比,。

激光點測量參數(shù)：

*小(Fo或 Fs)以及**(Fm或Fm)葉綠素熒光信號、CropObserver頂部光強,、CropObserver頂部輻射,、計算機24/7實時信息、實時Fv/Fm 和Fq /Fm平均值與分布,、實時PAR平均值 μmol/s/ m2,、實時輻射平均值 /s/ m2、實時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過程動態(tài)及植物對干旱脅迫的響應和水分利用效率,，并形成假彩圖像，可以與植物的形態(tài)指數(shù)及葉綠素熒光指數(shù)進行相關分析研究,。

近紅外成像模塊技術參數(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間的高光輻 射或低水條件（干旱）。

紅外熱成像模塊技術參數(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云信息的同時，測量400-900 nm范圍內(nèi)4 個波段的多光譜成像,，使得我們可以得到植物在X,、Y和Z軸上所有坐標點的多光譜信息，通過點云的空間深度信息和角 度信息,，可以對光譜信息進行**的校準,，從而獲得更加精準的數(shù)據(jù)。

激光3D掃描多光譜成像模塊技術參數(shù)

根系CT成像模塊

根系CT成像是植物表型平臺的重要組成部分,，成功的實現(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 壤中的根系進行掃描和重建。

根系CT成像模塊技術參數(shù)

IT解決方案和儲存

WIWAM軟件在高端工業(yè)計算機上運行,，觸摸屏,。該軟件配有用戶友好圖形界面，用于控制機器人站行為以及以極高靈活度設計設計實驗,?？赏瑫r運行多組實驗，可運行不同隨機模式,，可及時規(guī)劃單個植株或一組植株的處理,。在預設啟動時間，PC機將向工業(yè)PLC發(fā)送指令,，照管機器人移動,。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)庫結構，可以直接獲取圖像,。該平臺可以與高性能計算相連,，用于分析儲存數(shù)據(jù)或者可與本地服務器設施整合。

SMS郵件服務可以通知用戶機器報警和錯誤,，可盡快進行用戶干涉,。系統(tǒng)可于任一點暫停和停下，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,。該軟件也有平臺管理員系統(tǒng)設置和維護行為通道,。

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與該平臺通訊，通過將PIPPA網(wǎng)絡界面生成的實驗結果傳到平臺,。每個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實驗中的數(shù)據(jù)一體性,。實驗期間PIPPA對來自平臺的稱重，灌溉測量,，環(huán)境數(shù)據(jù),，錯誤記錄以及圖像信息進行處理分析。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,，可設置于網(wǎng)絡服務器運行(獨立版本)或計算機群運行，以快速生成結果,。隨后,，通過檢查數(shù)據(jù)是否在特定閾值之內(nèi)可在網(wǎng)絡幾面對輸出文本進行驗證，例如,，是否生長相關性狀,，如植物枝條面積一段時間內(nèi)是否增加。

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