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Hiphen公司室外田间高通量植物表型研究的多维度遥感工具
发表时间:2020-05-08 10:37:50点击:1741
田间表型是指植物经历的真实(即野外)条件下的表型评估。田间表型分析不仅要选择正确的性状特征、表型分析工具、评估平台或基本的数据管理方法,还要融入环境中。表型分析要有效利用资源进行,也需结合适当的试验管理、空间变异处理、定义目标环境中普遍存在的关键约束条件并开发较全面的数据管理,包括作物建模。法国农业科学院的科研进展为为表型研究者提供一个广泛的视野,指导研究人员如何较好地实施田间表型分析,找到有效的方式弥合育种者和“表型育种者”之间的差距。
高通量的表型分析直接影响三个方面:较有效的遗传筛选、鉴定新的遗传变异以及改进对TPEs(目标群体环境因子)的筛选以帮助较好的做遗传决策。此外,高通量表型分析也间接影响了育种规模以及育种周期。下图是法国农业科学院Fred教授提出的田间表型研究不同遥感传感器的总结,实际上在科研中,多种传感器结合也得到了深度应用和开发,并发表了系列高品质文章;研究中也多次使用Hiphen开发出的多光谱表型传感器Airphen。
常用于评估大田作物苗期特征的不同遥感工具
利用红-绿-蓝(RGB)图像进行田间表型分析的应用实例
作者利用相机获取的图像,进一步分析,获得了田间玉米不同类别的特征:作物特征的计数、植物/作物生长的监测和发育以及三维重建。
多维度植物表型平台
这些多维度植物表型平台使用了基于不同光谱范围的遥感工具,包括RGB相机(VIS)、多光谱、高光谱传感器和相机、激光雷达(LiDAR)传感器、热传感器和相机(TIR / LWIR)。
随着表型分析和作物生长模型的不断发展,育种者能够获取有关植物适应性的生理决定因素的信息,从而有效选择适合目标环境的品种。大数据将有助于在不同层面来完善新品种的对生长环境的需求,来诠释基因分型×环境×管理(G×E×M)互作。
法国Hiphen公司室外多维度植物表型成像平台
Hiphen是专注于在植物育种以及有效农业领域提供高通量测量系统和服务的公司,主要技术来自ARVALIS植物研究所, ITB和INRA法国农业科学院,公司又在此基础独立开发出了相关系统和方法。Hiphen公司也向植物育种育种公司、作物生产和研究团体以及其它客户提供基于少有传感器以及云数据技术服务,服务分为3个层次,相机模块以及配套软件,基于云数据的计算以及客户特点需求解决方案。公司总裁Alexis创立了Hiphen公司,研发相关获取田间植物特征系统和方法,技术早期来源于UMR EMMAH 和UMT CAPTE项目,目前Hiphen公司已经拥有一个庞大的技术团队,进行系统和方法的深度开发。
Hiphen公司研发了多个不同的产品,Airphen不仅是一台多光谱相机,还是一款多功能科学系统,目前推向市场的有:
Airphen LITERAL便携式植物表型系统
该便携式有效率植物表型成像系统集成有多个表型传感器,重量轻、系统功能强大,可快捷、便携进行植物田间表型研究,这组传感器提供了广泛的传感配置,系统标配RGB可见光和多光谱数据,以适应农作物的特异性。配置灵活光照系统,多项参数输出,多种植被指数、LAI计算、叶绿素含量计算、植物计数、器官计数等,系统配有自动设置,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。该系统标配高分辨率RGB成像模块以及多光谱表型成像模块,通过配置的可调支撑杆,植株测量高度可达3m。系统配有肩背电池,系统工作时间可达10个小时。系统还可添加RTK定位系统,测量规划科通过平板或计算机界面进行设置,所有的传感器都连接在一个采集盒上,这个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。测量场景描述每个传感器的配置、试验计划和每个小区中的测量数量。这样可以在现场轻松使用,并确保正确引用每个获取的图像和元数据。 单个电池为所有摄像机和采集盒供电,从而保证了全天疾病检测的电源。所有采集数据与高通量表型采集设备获取数据兼容,可用于云数据平台如cloverfield的数据分析。
温室多光谱表型系统(带闪光灯)
Airphen 相机同时可配备闪光灯,专用于温室应用。Airphen相机可以完全同步控制闪光灯。该特征能提供稳定光照条件(无阴影),进行长期值守和无间断测量(日以继夜)。所获得数据可直接由CLOVERFIELD进行处理。
植物表型机器人平台
Airphen相机可以集成在任意植物表型机器人上。可依据客户需求,通过备选以太网端口进行控制。数据也可在CLOVERFIELD上进行处理。
Phénomobiles:表型机器人,装备了系列传感器(RGB相机,Lidar,光谱仪),可自动观测植物表型情况。ARVALIS和INRA开发的用于小型植物的原型已经在实践中应用。在Phenome项目下,适合宽范围作物的升级版正在研发中(玉米、向日葵、 油菜等) 。因成本较高,因此Hiphen将结合集成服务的形式提供一体化解决方案。
Airphen移动搭载多光谱相机
AIRPHEN 是HI-PHEN开发出的一款无人机多光谱相机系统,在UAV领域搭载进行移动光谱生长指数测量。相机设计来源于科研领域,轻便、紧凑、可配置功能强大(波段、视野)。可进行无线操作并与相辅助的热成像IR相机和高分辨率RGB相机结合使用。搭载AIRPHEN是一款多光谱相机系统是目前测量波段较多、速度较快、较轻便、功能较强大无人机多光谱相机系统,非常适合大面积林业、农业、生态调查勘测使用以及植物田间表型成像研究。
目前,Hiphen作为植物育种、生态环境和有效农业技术服务供应商,将提供配套搭载Airphen相机和其它传感器的各种工具。就长期而言,Hiphen将会提供即用系统,客户能直接进行操作,包括各种搭载工具传感器以及相关处理过程。Hiphen的目标市场首先是育种领域的育种公司、生产集团以及其它客户,另外领域重点客户来自有效农业领域。实际上,从长期而言,表型环境下获取的指数,可用于决策支持,在对不同栽培种的特征方法校准后,可设计算法探索分析来自无人机、轻型飞机或卫星的图片。
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。