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欧亚国际隆重携表型产品参展2019先进届全国作物科学前沿（海口）论坛一

Frauhofer种子断层扫描技术

植物作为地球上较常见到的景物,是组成地球生态系统非常重要的一部分,多年来,研究者一直在探索植物生命及其生长过程的奥秘并取得一定成果。花朵是植物较重要的器官之一,不仅种类繁多,并且具有复杂的形态结构和生命特性,高精度、高真实感的花朵对象模型仍然是研究热点问题之一。但是由于花朵本身结构复杂、内部组织贴合紧密等原因,使得三维植物器官数据场分割工作一直是一项具有挑战性的课题。为解决植物器官CT图像的分割和可视化问题,可以植物花朵器官为研究对象,利用X射线计算机断层扫描系统(CT)获取花朵体数据信息,并对获取的花朵体数据信息进行分割处理,采用形态学细化算法对每幅分割后的植物器官图像进行骨架提取,获取特征端点的,从而为植物器官的表面重建提供数据支撑。

计算机断层扫描技术还可用于种子质量控制以及种子检测标准确立，该系统能检测细微的内部结构（种皮、外壳、胚芽、空腔）。

对每一粒种子检测，都需要复杂的处理流程。检测的目的是为了保证其不变高品质。尽管有各种实验方法可以选择，但是在种子检测方面，X射线仍是比较可靠的方法，通过影响处理系统，CT设备可监测到每一粒种子。自2003年起，Frauhofer EZRT开始了种子CT断层扫描系统的研究，近年来，对植物材料的研究已经从种子扩展到植物根、茎、果实等领域，走在CT植物表型研究的较前列。其中一款自动化系统，种子无需单独分开，软件可将每粒种子从混合种子中分离，从而简化了样品制备，能在一次实验中实现大量种子检测。此外，也可实现自动机械臂取料，托盘内科放置多个小盒。操作界面简单，校准或系统射线管温度控制均为独立。该设备可实现对种子内部结构的稳定、清晰成像，几何分辨率约为50um。

Frauhofer植物计算机断层扫描表型成像系统采用微焦点X射线成像原理进行较高分辨率三维成像，可以在不破坏样品（无需染色、无需切片）的情况下，获得高精度三维图像，显示样品内部详尽的三维信息，并进行结构、密度的定量分析，适用于观察植物化石样品结构和植物活体组织的细胞结构，近年来被广泛应用于结构学、组织学、生物学特别是古生物学等研究领域，例如花、果实、种子、根系等研究。

Frauhofer研究院是较先进的应用技术研究院，很多工业技术都源自于该研究所。Frauhofer专门成立的植物表型CT研究组致力于CT技术应用在植物的表型研究上。与传统医学CT不同，植物CT研究需要少有算法和软件等。

Frauhofer研究院在该研究领域位于较前沿。

Frauhofer植物计算机断层扫描系统优点

1.该无损监测系统可适用于不同植物

2.系统可快速有效扫描全植株

3.借助温室以及数个环境箱，可模拟真实环境条件

气候变化的后果较其复杂，对发展中国家影响较大。例如，气温上升可使一些区域不适合居住，切断了当地居民获得水源的主要通道。即便发达国家也难以逃脱气候变化影响，被迫改变思维方式-特别是农业的思维方式迫在眉睫。现代植物栽培种不能快速适应气候变化影响，农民需要栽种能调整适应了当地主要条件的植物品种。这是为何研究者X光研发技术中心EZRT专注于无损监测以及植物分析。

许多植物品系（如土豆、小麦、水稻和木薯）都在努力适应气候条件变化条件。要寻找到适当应对应用环境条件改变的方式，Frauhofer研究人员分析了不同植物品系如何应对环境冲击。表型是一种鉴别植物的方式，例如，鉴别在高温条件下仍能有足够产量的植物。

实际环境下植物分析

理论上，人们可在田间通过人工视觉简单观测植物。但该方法为主观方法，并不有效。如果一个人连续观测数百个植株，很容易看出趋势，但结果总是不同。因此，研究人员选择使用非破坏性监测系统，Oliver Scholz教授，X光技术研发中心的系统研究组负责人表示。要生成有意义数据，研究人员需要分析多个品系的各数十株植物。该研究所位于Fürth的基地针对此研究配备了一个专门温室以及数个环境箱，用以模拟限定气候条件。研究者直接读取并有效分析叶片尺寸、叶面积、倾斜以及曲率等。

鉴别高产品种

植物由地上和地下器官组成。植物健康和生殖等重要指示因子位于地上。人们可从叶片（植物太阳能电池板）收集有价值信息。光学监控技术，例如3D激光技术，非常适合观测叶片以及其环境。利用3D植物扫描仪获取植物3维图像。激光可向叶片表面投射窄线。因该线沿叶片走向，相机可记录该线的位置。几秒钟，即可生成数以百万的3D坐标，用以描述叶片表面（says Scholz）。

因该所的工作涉及到长期观测和检测的多个系列植物，该方法生成了大量3D数据。要对来自植物的单个叶片实现对比，研究所开发了特殊的软件程序，使用复杂过程来计算叶片主要参数，之后以较小软件包的形式提供这些参数。研究人员从而可直接读取并有效分析叶片尺寸、表面积、倾斜和曲率。生物学家获取此类表型数据并将其与微生物学知识相关联，从而鉴别生物机制，允许特定植物品系快速生长，即便在较端条件下也有足够产量。

地下X光成像：数分钟构建3D CT

植物地下部分，例如其根部结构和果序也可提供关于植物生物量的重要信息。光学监控技术于此已经达到较限，这是为何研究人员在此处选择了X射线。X射线成像和显微法近几十年来取得了巨大进展。此技术可轻松用于检测钢制或其它合金材质大样品。在现今系统上可以清楚显示小材料缺陷，轮胎铝轮毂或缸头壳体，易于鉴别。但表型领域研究者面对不同的挑战。与工业和实验室多处应用不同，表型不仅仅关注图像品质，成像的限制因素是成像时间，Stefan Gerth博士-革新系统设计团队负责人表示，该所研究者开发了自己的实验室系统，目标是在有效图像品质和较短测量时间间取得平衡。

X光可帮助研究者看到地下情形。上图是在不同发育阶段的土豆

测量时间影响非常大，原因是研究者通常会测量一系列产品。长时测量在时间上并不经济，将植物长时间放在X光机内相当于将植物从其熟悉环境中“隔离”出来，严重影响效果的有效性。Frauhofer研究所X光技术研发中心不断投入到优化X光系统的研究中，从而可约在5-7分钟完成植物扫描。另外除了特别适应的硬件，研究所用的软件作用也至关重要。因成像时间短，源数据包含很多噪音，难于处理。智能算法很大程度上对此进行了补偿，可全自动将植物器官与周围环境分离出来。

下一步，软件自动鉴别果实和根部结构的纵横比以及植物器官的重量。要确保声明可靠性，研究者对试验系列进行数周、数月的观测。在实验结束时，利用一段时间的柱状图，研究者可以弄清楚植物如何进行地下生长发育。Joelle Claussen解释道，他已经在X光技术研发中心测量了数以千计的植物。尽管该所就检测系列取得较高的成功率，也无法完全模拟温室环境中真实的环境影响。这就是为何生物学家要在真实环境条件下对齐进行验证的原因，Claussen表示。

在国内和商业和研究伙伴的支持下，Frauhofer研究院非常确信研究者的无损监测系统可在气候变化情况下，提供适当应对措施。

北京欧亚国际科技有限公司是Frauhofer植物断层扫描系统的中国区代理，负责其系列产品在中国的推广、销售和售后服务。

X光可帮助研究者看到地下情形。上图是在不同发育阶段的土豆

3D计算机断层扫描原理：3D断层扫描（CT）可生成诸多方向的多个X光图像（投影）。与医学CT扫描不一样，工业CT系统扫描的目标经常会安装在旋转桌面，位于X光射线管和检测器之间。目标绕其轴旋转同时，记录下投影。

WIWAM植物表型成像技术

WIWAM温室植物表型成像系统是SMO公司和比利时根特大学写VIB所开发，采用了开放式框架，可以整合市面任意相机系统，该系统集植物自动传送技术、自动浇灌称重技术、叶绿素荧光成像技术、多光谱激光雷达成像技术、高光谱成像技术、RGB成像技术、计算机断层扫描技术，同时可实现多光谱、RGB微根窗全自动根系表型观测，高通量、无损伤、全自动、实验观测分析植物形态结构与生理功能形状表型，成为先进表型组学与遗传育种先进科研机构的重要平台，如比利时VIB所、比利时根特大学、澳大利亚表型组织、拜耳作物等等。 

WIWAM XY小植株植物表型成像系统 

WIWAM XY中、小植株植物表型成像系统

WIWAM Conveyor高通量大植株植物表型成像系统

温室多光谱激光表型成像系统

室内自动表型成像机器人

室外表型成像系统

Phenomobiles全自动植物表型成像机器人

野外天车式表型机器人

ALPHI野外拖车式植物表型机器人

Phenomobiles V1野外中小植株植物表型成像机器人

Phenomobiles V2全自动大植物表型成像机器人系统

该Phenomobiles植物表型成像车为法国Hiphen公司自主研制，专有软件分析系统，是当今上自动化程度较高、较先进的高通量田间表型成像系统。

系统设计可在2.5m宽通道运行，远程聚焦可达12m，可向各个方向移动，测量头高度可在1.0-4.5m之间进行调整。Phenomobiles可沿微型田块按照预设轨迹运行，因采用了RTK GPS定位，精度可达厘米级。

田间多光谱表型测量平台

Hiphen田间物联网IoT是无线传感器的少有组合，用于不间断监控植物和环境状态。Hiphen解决方案之一就是实现田间试验的实时监控。土壤和环境条件是植物生长的重要因素，Hiphen的IoT系统设计了各种传感器，包括气象、土壤条件、PAR以及RGB图像，数据15分钟传输一次。日常数据和图像由田间IoT传感器采集，图像处理后，获得的有价值变量用于试验决策支持。变量以易于解读的图表在Hiphen科学网站界面上显示，每天进行较新。

北京欧亚国际科技有限公司将于与会期间展示系列植物表型以及生理生态检测技术，欢迎广大客户莅临我司展位指导。