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模塊式植物表型成像分析系統
更新時間：2025-07-01
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模塊式植物表型成像分析系統由植物多光譜熒光成像單元、紅外熱成像單元、RGB彩色成像單元等組成，可全面分析植物葉片及冠層的形態結構、顏色、光合作用、生理狀態、氣孔動態、生化色素分布、脅迫生理等，是目前市場上配置靈活、功能較全面、性價比高的植物表型與生理生態觀測分析系統。
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太陽輻射照射到植物葉片上，其中的藍色波段和紅色波段大部分被葉片吸收進行光合作用，另一部分（包括綠色波段、紅外波段等）以反射光的形式返回到大氣中，少量以熒光的形式發射到大氣中，還有部分則以熱的形式耗散。通過對葉片反射光成像測量分析（RGB彩色成像、多光譜或高光譜成像等）、多光譜熒光成像測量分析及葉片溫度測量分析（紅外熱成像），可以全面分析植物的性狀特征包括外部形態顏色、光合作用效率、氣孔動態、次級代謝等形態與生理生態特征，使植物表型數字化、生理生態及功能可視化。
模塊式植物表型成像分析系統由植物多光譜熒光成像單元、紅外熱成像單元、RGB彩色成像單元等組成，可全面分析植物葉片及冠層的形態結構、顏色、光合作用、生理狀態、氣孔動態、生化色素分布、脅迫生理等，是目前市場上配置最靈活、功能*、性價比最高的植物表型與生理生態觀測分析系統。
中圖：西葫蘆感染病原菌成像分析，其中(a)為RGB彩色成像、(b)為紅外熱成像、(c)為F520綠色熒光成像、(d)為F520/F680綠紅熒光比值成像；下圖：向日葵幼苗列當寄生后的多光譜熒光成像
主要功能特點與技術指標：
- 植物多光譜熒光成像技術，可以對具有4個特征性波峰的植物熒光光譜進行成像分析，進而可全面分析植物初級代謝（光合效率）、次級代謝、生理生態、脅迫與抗性篩選等
- 可選配UV紫外光、白色LED光源（用于模擬自然光源）、青色LED光源（用于氣孔功能研究）、綠色LED光源、紅色LED光源、藍色LED光源等不同激發光源
- 可對UV紫外光激發的4個波峰的熒光進行成像分析，包括蘭光440nm（F440）、綠光520nm（F520）、紅光690nm（F690）和遠紅外740nm（F740），其中F440和F520統稱為BGF，由表皮及葉肉細胞壁和葉脈發出，F690和F740為葉綠素熒光Chl-F
- 紅外熱成像分析單元可測量分析葉片溫度的異質性分布，并通過選區（ROI）工具得到不同區域的最高溫度、最低溫度、平均溫度、溫度分布頻率直方圖等，依次進一步分析氣孔導度、水分脅迫等
- 40倍RGB成像可以對植物形態及顏色進行分析，既可明察秋毫到氣孔分布，又可大視野宏觀成像分析
- 配置靈活、使用方便，可選配不同單元組合
- 適于植物葉片、植物幼苗及小型全株植物，紅外熱成像可應用于植物冠層或多株植物成像分析
- 應用于作物遺傳育種、遺傳組學與表型組學研究、植物生理生態學、植物脅迫生理、抗性篩選等領域
技術指標：
- 紅外熱成像單元：
- 非制冷紅外焦平面檢測器（uncooled VOx microbolometer），已經過歐盟標注校準，可直接測量溫度，包括每個像素點的溫度等
- 分辨率：640x512像素
- 光譜范圍：7.5～13.5μm
- 溫度測量范圍：-25～150°C
- 靈敏度：≤0.03℃（30mK）@ 30℃
- 幀頻：9Hz或30Hz，最大60Hz
- 數據傳輸：USB-3或千兆以太網
- 19mm光學鏡頭，視野32℃x26℃，可選配13mm鏡頭或35mm鏡頭
- 具備視頻模式和快照模式
- 具備14種調色板供任意選擇，可多樣化設置熱成像假彩色
- 具備差值功能，可內查圖像形成平滑影像以避免像素化
- 可通過軟件設置大氣溫度、濕度、距離等參數
- 具備等溫模式功能，包括以上、一下、之間、及以下與以上四種等溫模式
- 結果在線報告功能，自動顯示熱影像、時距圖及影像參數如發射率、反射溫度、大氣溫度、濕度、外部光距離、傳播等
- 影像處理軟件具備ROI選區功能，包括點、線、折線、矩形等，并可進行分區處理，每個ROI即時顯示最小溫度、最高溫度、平均溫度等
- 熱掃描功能及熱剖面功能：可在線可視化顯示線型ROI溫度值、溫度剖面圖
- 所有ROI工具的溫度值均可顯示在時距圖中
- 防護級：IP65
- 工作溫度：-15°C～+50°C
- 支持GPS信息，可將位置信息顯示在谷歌地圖上
- 植物多光譜熒光成像
- 成像面積20x20cm
- 紫外光激發多光譜熒光成像包括F440、F520、F690、F740四個波段的熒光成像
- 高分辨率CCD鏡頭，20fps、1360x1024像素，有效像素大小為6.45μm，高速USB 2.0 (480Mbits/sec)，可像素疊加（binning）以提高靈敏度（2x2，3x3，4x4）；具備視頻模式和快照模式
- 自動測量分析功能（無人值守）：可預設1個或2個試驗程序，系統可自動測量儲存
- 激發光源包括紫外光、藍色光源、紅橙色光源，通過紫外激發熒光與紅光LED激發熒光，可以分析植物類黃酮相對含量等
- 成像分析軟件具Live（實況測試）、Protocol（實驗程序選擇）、Pre-processing（成像預處理）、Result（成像分析結果）等功能菜單
- 成像預處理可以自動選區或手動選擇不同形狀、不同數量、不同位置的區域（Region of interest，ROI），成像分析結果包括高時間解析度熒光動態圖、直方圖、不同參數成像圖、不同ROI的熒光參數列表等
- Protocol實驗程序可自由編輯，也可利用Protocol菜單中的向導程序模版客戶自由創建新的實驗程序
- 多種Protocols供選配和自動運行，包括Fv/Fm、Kautsky誘導效應、葉綠素熒光淬滅曲線、光響應曲線等
- 具備系統自動重復運行功能，可無人值守自動循環完成選定的實驗程序,重復次數及間隔時間客戶自定義,成像測量數據自動按時間日期存入計算機
- 高度可調，以適應不同高度植株成像分析，最大植株高度50cm，可根據客戶需求定制不同高度
3. NDVI與PAR吸收成像模塊：630nmLED紅色光源和740nm LED紅外光源，可對PAR（光合有效輻射）吸收及植物光譜反射指數NDVI成像分析
4. 可對綠色熒光蛋白GFP進行成像分析，可選配YFP成像分析
5. RGB成像：科研級RGB成像鏡頭，分辨率2592x1944像素，信噪比54dB，1-40x放大，最小視野6.1x7.9mm（40x），最大視野20.8x25.4；可分析葉面積、長度、寬度、周長、比值、綠度指數、顏色分級分析、頻率直方圖等
應用案例與近期代表性參考文獻：
西葫蘆感染軟腐病菌（Dickeya dadantii）RGB彩色成像、多光譜熒光成像及紅外熱成像分析（引自Maria L. Perez-Bueno等，Multicolor Fluorescence Imaging as a Candidate for Disease Detection in Plant Phenotyping. Frontiers in Plant Science, 2016）
- Monica Pineda etc. Detection of Bacterial Infection in Melon Plants by Classification Methods Based on Imaging Data. Frontiers in Plant Science
- Monica Pineda et. Use of multicolour fluorescence imaging for diagnosis of bacterial and fungal infection on zucchini by implementing machine learning. Functional Plant Biology, 2017
- Carmen M. Ortiz-Bustos etc. Fluorescence Imaging in the Red and Far-Red Region during Growth of Sunflower Plantlets. Diagnosis of the Early Infection by the Parasite Orobanche Cumana. Frontiers in Plant Science, 2016
- Maria Luisa Perez-Bueno etc. Spatial and temporal dynamics of primary and secondary metabolism in Phaseolus vulgaris challenged by Pseudomonas syringae. Physiologia Plantarum, 2015
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