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Plantscreen大型版植物表型成像分析系統

Plantscreen大型版植物表型成像分析系統

Plantscreen大型版植物表型成像分析系統
  • 發布時間: 2018-11-19 10:11
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Plantscreen大型版植物表型成像分析系統

PlantScreen大型版植物表型成像系統由捷克PSI公司研制生產,整合了LED植物智能培養、自動化控制系統、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、自動條碼識別管理、RGB真彩3D成像、自動稱重與澆灌系統等多項先進技術。主要適用于40cm-120cm高的水稻、小麥、玉米、棉花等大型植物的全方位生理生態與形態結構成像分析,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、生態毒理學研究、性狀識別及植物生理生態分析研究等。作為全球第一家研制生產植物葉綠素熒光成像系統的廠家,PSI公司在植物表型成像分析領域處于全球的技術前列,大面積葉綠素熒光成像分析功能為其獨有技術,使PlantScreen成為植物表型分析與功能成像分析的最為先進的儀器設備,測量各種表型參數達100多個。

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系統組成:

整套系統由自動化植物傳送系統、光適應室、3D結構RGB成像單元、FluorCam葉綠素熒光成像單元、可見光-近紅外高光譜成像單元、短波紅外高光譜成像單元、熱成像單元、自動澆灌與稱重單元以及由控制調度服務器、應用服務器、數據服務器、可編程序邏輯控制器及專用分析軟件組成的主控制大數據平臺等子系統組成。全部成像分析單元與傳送系統都放置于可精確控制環境條件的FS-WI大型植物生長室內,保證植物樣品生長條件的可控性和均一性。整套系統可根據用戶實際需要定制,高度契合用戶的實際需求。

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技術指標:


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1.光適應室

·????????? 提供均一穩定的環境條件,使植物在進入成像測量單元前調整到相同的生長狀態;同時為葉綠素熒光成像測量進行暗適應或光適應預處理

·????????? 光源:冷白LED(6500K)+遠紅LED(735nm),光強0-100%可調,對植物無輻射升溫效應

·????????? 尺寸:9120mm×1200×2800mm,可根據用戶需求定制

·????????? 容量:13盆植物同時進行適應(高1200mm,直徑600mm)

2.????? 光幕系統

·????????? 測量參數:精確測量植物高度,各成像單元根據測量結果調整成像傳感器高度和位置

·????????? 測量范圍:0 – 1250 mm

·????????? 分辨率:2.5mm

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3.3D結構RGB成像單元

·????????? 最大測量植物體積:1010 mm×1010 mm×1250 mm(長×寬×高)

·????????? 高度調整范圍:0 – 1250 mm

·????????? 調整精度:±3mm

·????????? 分辨率:2560×1920,可選配線性掃描傳感器4096 - 6144像素/線,17-26000線/秒

·????????? 成像時間:<10s

·????????? 數據傳輸:千兆以太網

·????????? 3D成像專用旋轉臺:0-360°自由旋轉,用于3D模型重建

·????????? 專用成像光源板:冷白光LED光源板,可自動調整不同光強以獲得最佳成像效果,側面光源板1010 mm×1250 mm,頂部光源板1010 mm×1010 mm

·????????? 測量參數: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、植物圓直徑、凸包面積、植物質心、生長高度、植物最大高度和寬度、相對生長速率、顏色劃分的植物適應度評價、葉面積差異比較、綠度指數、顏色貢獻度分級(健康綠色、亮綠色、暗綠色、其他顏色)等表型參數,并可選配3D重建模型功能

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4.????? FluorCam葉綠素熒光成像單元

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·? ? ? ?成像面積:35×35cm或80×80cm

·????????? 高度調整范圍:0 – 2005 mm

·????????? 測量光源:橙色618nmLED

·????????? 光化學光源:雙色光化學光,橙色618nm LED和冷白LED,可選配藍色(455nm)、品藍(470nm)、青色(505nm)、綠色(570nm)、橙色(605nm)等,最大光強300-2500μmol(photons)/m2.s,可升級至5000μmol(photons)/m2.s

·????????? 飽和光源:冷白光LED,最大光強3000 μmol(photons)/m2.s,可升級至10000 μmol(photons)/m2.s

·????????? 遠紅光源:735nmLED

·????????? 7位濾波輪(選配):加裝不同波段濾波片,配合相應的光源測量GFP等熒光蛋白

·????????? 成像傳感器:高分辨率TOMI-2 CCD傳感器

a)? 逐行掃描CCD

b)? 最高圖像分辨率:1360×1024像素

c)? 時間分辨率:在最高圖像分辨率下可達每秒20幀

d)? A/D 轉換分辨率:16位(65536灰度色階)

e)? 像元尺寸:6.45μm×6.45μm

f)? 運行模式:1)動態視頻模式,用于葉綠素熒光參數測量;2)快照模式,用于GFP等熒光蛋白和熒光染料測量

g)? 通訊模式:千兆以太網

·????????? 測量程序與測量參數:

a)? Fv/Fm:測量參數包括Fo,Fm,Fv,QY等

b)? Kautsky誘導效應:Fo,Fp,Fv,Ft_Lss,QY,Rfd等熒光參數

c)? 熒光淬滅分析:Fo, Fo’, Fs, Fm, Fm’, Fp, FtDn, FtLn, Fv, Fv'/ Fm', Fv/ Fm ,Fv',Ft,ΦPSII, NPQ_Dn, NPQ_Ln, Qp_Dn, Qp_Ln, qN, qL, QY, QY_Ln, Rfd, ETR等50多個參數

d)? 光響應曲線LC:Fo,Fm,QY,QY_Ln,ETR等熒光參數

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5.可見光-近紅外高光譜成像單元

·????????? 成像面積:頂部1010mm×傳送帶長度,側面1250mm×傳送帶長度

·????????? 高度調整范圍:0 – 1250 mm

·????????? 調整精度:±3mm

·????????? 成像波長范圍:380-1000nm

·????????? 成像傳感器:推掃式線性掃描傳感器,配備專用掃描光源

·????????? 像素色散:0.98nm

·????????? 光譜帶:675

·????????? 幀率:12-236

·????????? 測量參數:每個波段的反射光譜成像圖及全光譜曲線,并可自動計算以下植被指數:歸一化指數NDVI、簡單比值指數SR、改進的葉綠素吸收反射指數MCARI、改進的葉綠素吸收反射指數1MCARI1、最優化土壤調整植被指數OSAVI、綠度指數G、轉換類胡羅卜素指數TCARI、三角植被指數TVI、ZMI指數、簡單比值色素指數SRPI、歸一化脫鎂作用指數NPQI、光化學植被反射指數PRI、歸一化葉綠素指數NPCI、Carter指數、Lichtenthaler指數、SIPI指數、Gitelson-Merzlyak指數等


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6.????? 短波紅外高光譜成像單元

·????????? 成像面積:頂部1010mm×傳送帶長度,側面1250mm×傳送帶長度,可與可見光-近紅外高光譜成像單元共用一個成像室

·????????? 高度調整范圍:0 – 1250 mm

·????????? 調整精度:±3mm

·????????? 成像波長范圍:900-2500nm

·????????? 成像傳感器:推掃式線性掃描傳感器,配備專用掃描光源

·????????? 像素色散:0.75nm

·????????? 光譜帶:200

·????????? 幀率:60-100

·????????? 測量參數:每個波段的反射光譜成像圖及全光譜曲線,無損測量植物整體及不同部位水分含量變化

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7.熱成像單元

·????????? 高度調整范圍:0 – 1250 mm

·????????? 調整精度:±3mm

·????????? 成像傳感器:焦平面陣列微測熱輻射計,分辨率 640×480 像素,溫度范圍 -20– 120℃,熱靈敏度<0.05℃@30℃/50mK,焦距范圍 40– 50cm

·????????? 專用成像光源:冷白LED光源板,用于給測量植物提供穩定熱環境,最大光強 1000μmol(photons)/m2.s,0-100%可調

·????????? 測量參數:植物每一點的實際溫度,植物表面溫度分布圖

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8.????? 自動澆灌與稱重單元

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·? ? ? ? ?測量參數:實際重量、澆水體積、最終重量、每個培養盆的相對重量

·????????? 操作指令:每個培養盆澆相同量的水(絕對克數或者實際重量的百分比);保持相對重量;自定義每個培養盆的澆灌量模擬不同干旱或者內澇脅迫;可選配營養供給系統隨澆灌定量供給植物營養(如氮肥等),模擬不同養分缺失狀況;稱重前自動零校準,還可通過已知重量(如砝碼)物品自動進行再校準

·????????? 最大承載量:大型植物10000g,小型植物500g,安全負載200%

·????????? 稱重精度:大型植物±2g,小型植物±0.2g

·????????? 澆灌單元:流速3L/min,澆灌口高度可自動上下前后調整,保證最佳澆灌位置

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9.????? 自動化植物傳送系統

·????????? 傳送植物大小:高度最大1500mm,直徑最大1000mm

·????????? 同步傳送培養植物數量:大型單株植物176株,每列22株,共8列;小型植物3520株,176個樣品托盤,每托盤20株;可根據用戶需求定制

·????????? 培養盆:防UV聚丙烯材料,直徑9英寸、6英寸大型培養盆或35×30cm小型植物托盤

·????????? 環形傳送通道:具變速箱的三相異步馬達,功率200-1000W,最大負載500kg,速度150mm/s,傳送帶材料為防UV高耐用PVC

·????????? 移動控制系統:中央處理單元CJ2M-CPU33;數字輸入/輸出最大2560點;輸入/輸出單元最大40;溫度傳感器Pt1000,Pt100,PTC;PLC通訊百兆以太網;OMRON MECHATROLINK-II 最大16軸精確定位

·????????? 二維碼讀取器:自動讀取每個樣品托盤上的二維編碼;辨識距離2-20cm;通訊RS485;可讀取1維、2維和QR碼;配備LED光源便于弱光下辨識

·????????? 環境監測傳感器:溫濕度傳感器、PAR光合有效輻射傳感器、LM500光譜傳感器

·????????? 由主控制系統分別自動調控每一個樣品托盤的測量時間、測量順序、測量參數、澆灌時間和澆灌量,從測量單元到培養室的樣品運轉整個過程可實現完全自動控制,在無人值守情況下根據預設程序自行完成全部實驗測量工作。

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10.? FS-WI大型植物生長室

·????????? 尺寸:11m×5.5m;可根據用戶需求定制

·????????? 培養面積:60.5m2;可根據用戶需求定制

·????????? 光源:冷白LED(6500K)+遠紅LED(735nm),其他光源如RGB三色光源板可定制,可0-100%調控,專用光源制冷氣流通道,可編程模擬晝夜周期變化、日升日落等自然界中光環境變化以及其他各種任意變化

·????????? 最大均質光強:1000μmol(photons)/m2.s,可定制更高光強

·????????? 控溫范圍:10℃-40℃(控制效果與光強和環境溫度有關,室溫最高為30℃),可定制更大控溫范圍,可編程模擬晝夜周期變化、日升日落等自然界中溫度變化以及其他各種任意變化

·????????? 控濕范圍:40-80%±7%(控制效果與光強有關),可編程模擬晝夜周期變化、日升日落等自然界中濕度變化以及其他各種任意變化

·????????? 通風流速:1200L/hour,無風效應,層流式氣體交換,專用通風氣流通道

·????????? 內部材料:專用生物相容性材料

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韓國大邱慶北科學技術院為PlantScreen表型成像系統配備的FS-WI大型植物生長室

11.? 主控制大數據平臺

·????????? 組成:控制調度服務器、應用服務器、數據服務器、可編程序邏輯控制器及專用分析軟件等

·????????? 自動控制與分析功能:具備用戶定義、可編輯自動測量程序(protocols),根據用戶設定程序自動完成全部實驗。數據結果自動存儲并分析,分析的數據結果可自動以動態曲線的形式顯示。

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·????????? MySQL數據庫管理系統,可以處理擁有上千萬條記錄的大型數據庫,支持多種存儲引擎,相關數據自動存儲于數據庫中的不同表中

·????????? 植物編碼注冊功能:包括植物識別碼、所在托盤的識別碼等存儲在數據庫中,測量時自動提取自動讀取條形碼或RFID標簽

·????????? 觸摸屏操作界面,在線顯示植物托盤數量、光線強度、分析測量狀態及結果等,輕松通過軟件完全控制所有的機械部件和成像工作站

·????????? 可用默認程序進行所有測量,也可通過開發工具創建自定義的工作過程,或者手動操作LED光源開啟或關閉、RGB成像、葉綠素熒光成像、稱重及澆灌等

·????????? 允許用戶通過互聯網遠程訪問,進行數據處理、下載及更改實驗設計

·????????? 具備用戶權限分級功能,防止其他人員誤操作影響實驗

·????????? 廠家遠程故障診斷,軟件終身免費升級

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