欧亚国际

欧亚国际的欧洲合作伙伴开发了多种形式的田间多光谱表型成像系统，广泛应用于近地遥感、精准农业、种质资源以及植物表型研究领域。

1.便携式多光谱表型成像系统

Videometer MiniLab采用了LED频闪光源系统，有效组合了7个波长测量，并生成图谱合一的融合光谱图像，每个像素对应一个不同反射光谱。 MiniLab的工作软件由Videometer公司强大的生物信息学和软件团队开发，充分考虑在实际应用的需求，操作简单，功能强大。Videometer还在不断研究、升级新算法，适合各种需求。 MiniLab便携式多光谱成像系统通过测量样品在7种不同波长（波长范围405-850nm）的LED频闪光下的成像来获取有用的信息。这些图像可以独立分析使用，也可以叠加起来合成高分辨率的颜色图像。基础整合模块，含7个波段多光谱成像系统。软件可进行颜色校准，标签识别，灰度图转换等。 

该设备包括可见光以及NIR近红外波段，用于作物表型、植物真菌、细菌病害等等进行精确、全面检测。该便携式Videometer MiniLab可搭载到推车支架上，在田间使用，也可手持使用，是一款多功能成像平台，该系统成像面积可从10cm到30cmX20cm。

便携式多光谱表型成像系统主要功能：结合可见光成像和光谱成像优点；对种子、病害表型成像；便携设计，方便带到温室或野外使用；标准校准功能，数据可重复；经验丰富的专家根据应用经验设计的软件，操作简单，解决农业应用中遇到的问题；内置颜色校正；标配7个光谱波段，并不断升级中。田间多光谱表型成像系统应用：表型性状分析/挖掘，基因型-表型关联；农业育种；园艺学、农业信息学；果实品质分析；植物病理研究；生物量分析；种子萌发研究；抗逆研究；直接测量的参数：尺寸、形状、颜色、形态纹理、光谱质构、与表面化学相关的光谱成分、计数、间接测量或计算、种子纯度、发芽百分比、发芽率、种子活力、种子健康度、种子成熟度、种子寿命等

主要特点

集成球体提供均匀和弥散光线照明

10-15秒钟内实现光谱成像和定量分析

7不同波长/光源

3百万像素/波长，提供,2100万像素/帧分辨率

标准设备包括易于使用设备校准

与传统RGB技术相比具有先进的彩色测量功能

根据应用需求可自动切换动态范围

光源寿命长、可达10万小时

LED光源技术稳定性增强

研究用强大探索软件

易用常规应用配方构建工具（建模）

成像特点

快速、无损检测

包括处理在内每样品处理仅需10-20秒

与其它破坏性技术组合

高灵活性测量

主要专注：可重复洗、可追溯性、耐用性、可传递性

案例应用

来自英国的科学家研究重点是对高级成像技术进行评估，以对根定植进行真菌检测和精确定量，通过测量光合参数评估对地上部健康的影响。研究中使用了VideometerLab 多光谱成像系统。

图中显示“Take-all”感染小麦幼苗。左侧是原始图像，有红色箭头标示“take-all ”损失，用手工评分；右图是相同图像经‘VideometerLab’分析，将根组织分类为感病(蓝色)和健康(桔色/黄色)。

利用Videometer多光谱成像系统对藜麦霜霉病成像

藜麦(Chenopodium quinoa)是一种作物，营养丰富，在多个国家广有种植。真菌病如霜霉病限制了谷物产量，培育抗性品系，如抗霜霉病品系是藜麦育种的中心目标。

利用常规RGB成像来测量藜麦对霜霉病的表型反应(Peronospora variabilis ) 测量比较困难，原因在于来自不同藜麦基因型在叶片上有不同绿色和红色斑点进行干扰，参见图1和图2。 

开发图像分析规程来区分健康藜麦叶片组织以及感染霜霉病的藜麦叶片组织。研究利用Videometer多光谱成像系统对严重度程度表型和孢子形成进行研究。

严重程度是叶片正面损伤的面积占整个叶片面积的百分比。依基因型不同，颜色可为桔色、黄色或红色。

孢子形成是损伤部上方孢子量，以百分比测量，通过测量叶片正面进行评估。

图1 叶片正面严重度症状

图2 叶片正面孢子形成

多光谱图像分析

研究人员利用VideometerLab 4多光谱成像系统进行多光谱成像，积分球确保对样品的均一照明(图3)。每个获取的图像层由19个不同图像波段组成，波长涵盖365nm（UVA）到970nm（NIR）。图像的每个像素分辨率为~41 µm。每个图像层的分辨率为2192X2192像素。

图像分析严重度模型

从G9基因型叶片正面(图4)清楚看到了黄化现象(A)，拍摄了RGB图像（常规相机，人眼可见光波段。(B)和(C)显示了多光谱图层中的2个波段，蓝光490nm(B)和黄光570nm(C)。对健康植物组织和黄化界定进行了初始标记，首次转换建立了模型(D)，通过nCDA（归一化典型判别分析将19个波段信息（图像中多个图层），转换为了整个图层的代表像素范围值。之后切割(E和F)，可用于所有图像-所有品系和基因型，获取有黄化组织（E黄色）百分比定量分析，该特定叶片比例为68.0%，或者包括红色覆盖孢子区(F)，比例为18,9%，黄化（黄色）比例68%，孢子和黄化区综合面积占比75.8%。 

图像分析孢子形成

在叶片正面（底部），RGB图像中的G9基因型清晰可见到孢子形成图像（下底部A和B放大）。尽管在可见光波段很难检测到单个波段，这里特别标出了蓝光波段（490nm）（C）。进入NIR（780nm）波段（下左部的D和E放大），清晰看见了孢子。使用该信息（仅标识黑灰色孢子）可帮助我们区分切割孢子像素（F），并将该面积定量，该叶片孢子比例为12.5% （黄色显示），不包括黄化部分面积。

另外，此处的孢子标识与正面图像分析而言更加保守。 覆盖的非黑灰区的像素部分 (像素比单个孢子要大）估计，孢子比例为~23%（此处未予以显示)。

图4(A) sRGB图像。(B)，490nm(蓝光)，(C)，570nm(黄色)，(D) 转换，(E)和(F)，2种类型定量分割。

图5(A) sRGB 图像，(B)490nm(蓝光)，(C) 570nm(黄色)，(D)转换，(E)定量分割。

结果

图6:133个基因型的平均严重程度（%）分布

表1手工以及基于多光谱表型成像的藜麦霜霉病互作

2、超大成像面积多光谱成像系统（1mX1m）

   该系统可采用开口式或封闭式设计，开口式设计用于田间作物病害等研究，封闭式设计用于研究相对可控环境下的植物冠层以及植被指数等研究。

有关基因表达的绝大多数信息来自于温室或气候室中控制环境下的单株植物实验。在不同的气候和土壤条件下种植植物，与在受控环境下种植的单株相比，会产生不同的表型。其主要原因是，由于对光、养分和水分的竞争，植物密度的增加显著地改变了植物的结构和生理。另一个原因是基因型对不同环境和管理的动态反应。因此，作物的田间表型应基于在冠层水平进行无损测量，例如测量光截获、叶总面积、生长速率和生物量。该系统将表型研究作为一套基于视觉和遥感的生长、结构和生理反应来测量植物动态发育的方法。

PhenoField田间多光谱表型成像系统不受风和不同光谱辐射影响的野外表型，用于测量冠层的光谱特征和几何特征，如植被指数和冠层纹理。系统有9个波段：465，500，525，590，615，625，660，740，850nm，该系统由两个箱体结构组成，带有一个可垂直移动的外部箱体，可以降低到地面，并紧靠土壤表面，以排除风和阳光的影响。一个顶部居中的CCD相机安装在内部箱体，位置比顶棚表面高2米。成像区域为1.0 m×1.0 m。在内部箱体安装了一个LED灯面板，以产生九个光谱波长作为多光谱图像的光源。内部箱体的内部被涂成白色，以获得遮光时的漫反射照明。

应用领域

田间表型性状分析和挖掘，基因型-表型关联；农业大田育种；园艺学、农业信息学；植物病虫害研究；大田作物抗逆研究

产品特点

集成球体提供均匀和弥散光线照明

快速实现光谱成像和定量分析

9种不同波长/光源

每波长/5 M像素，每个图像分辨率达1亿像素值

标准设备包括简单易用设备校准

与传统RGB技术相比有先进的彩色测定特性

光源寿命长：可达100000小时

少有LED光源技术增加了稳定性

组合前光和背光，使用备选背光

R&D研究强劲探索软件

常规应用配方构建工具

快速、无损检测

取样速度快

高灵活性测量

主要专注于：可重复性、可追溯性 

3、高通量便携式多光谱成像系统

该系统为法国农业科学院与Hiphen公司联合开发，是一款性价比高的田间表型成像系统。针对获取地面采样距离(GSD)的图像或无需UAV来进行较简单数据获取的需求，Hiphen开发出了Airphen LITERAL田间便携式多光谱表型成像系统。该系统测量植株高度可达3m，可整合RGB、多光谱、激光雷达等各种传感器，将田间表型研究成本拉到了一个新维度。该便携式多光谱表型成像系统重量轻、功能强大，可集成多种表型传感器，可快捷、便携进行植物田间表型研究。系统有多种备选传感器，标配RGB可见光和多光谱表型成像模块，适于野外作物表型特征提取和分析。系统配置有专用配套光照系统，提供多项表型参数输出，例如可计算数十种植被指数、LAI、叶绿素含量、植株数、器官数等，设备上还配有自动设置装置，备选2种地理信息设置，数据获取界面友好，从而进行有效表型数据处理。系统专门配有可调支撑杆，植株测量高度可达3m。电池为肩背设计，续航工作时间可达10个小时，电池为所有摄像机和采集盒供电，从而保证了全天检测的电源。该表型系统还安装有RTK定位系统，通过平板或计算机界面测量规划与设置。所有的传感器都连接在一个采集盒上，采集盒可以触发摄像头，存储数据，并与平板电脑进行通信。平板电脑可以通过用户友好的图形界面定义测量场景。测量场景详细显示传感器配置、试验计划和每个小区中的测量数量。现场轻松使用，并确保正确引用每个获取的图像和元数据所有采集数据与其它高通量表型采集设备获取数据兼容，可用于云数据平台（cloverfield）的数据分析。

产品特点

Airphen 多光谱相机带有Wifi端口，易于配置和控制

界定设置模式

手动曝光时间

自动曝光 (调整均值像素)

自动控制饱和

界定激发模式

自动: 将频率设置为1hz 

其它: 以太网等

启动获取

手动按下记录键

智能手机、PC、平板电脑等网络界面获取

远程控制获取

实时监控获取进程

从 SD 卡获取数据card

北京欧亚国际科技有限公司是法国Hiphen公司总代理，全面负责其系列产品在中国市场的推广、销售和售后服务。