WIWAM Line高通量植物表型平臺

產(chǎn)品型號：

所屬分類(lèi)：WIWAM植物表型成像分析平臺

更新時(shí)間：2022-04-28

簡(jiǎn)要描述：WIWAM Line高通量植物表型平臺WIWAM Line是一款高通量可重復性表型機器人，用于對小型植物，如小玉米植物研究。該機器人可定期對多種植物參數進(jìn)行自動(dòng)化灌溉和并測量多種植物生長(cháng)參數。WIWAM line代替了很多手工處理，省時(shí)省錢(qián)，精度較高。

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WIWAM植物表型成像系統由比利時(shí)SMO公司與Ghent大學(xué)VIB研究所研制生產(chǎn)，整合了LED植物智能培養、自動(dòng) 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、植物多光譜分 析、植物CT斷層掃描分析、自動(dòng)條碼識別管理、RGB真彩3D成像等多項*技術(shù)，以較優(yōu)化的方式實(shí)現大量植物樣 品——從擬南芥、玉米到各種其它植物的生理生態(tài)與形態(tài)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(cháng)分析測量、生態(tài)毒理學(xué)研究、性狀識別及植物生理生態(tài)分析研究等。

WIWAM Line高通量植物表型平臺產(chǎn)品說(shuō)明

WIWAM Line是一款高通量可重復性表型機器人，用于對小型植物，如小玉米植物研究。該機器人可定期對多種植物參數進(jìn)行自動(dòng)化灌溉和并測量多種植物生長(cháng)參數。WIWAM line代替了很多手工處理，省時(shí)省錢(qián)，精度較高。

WIWAM Line由花盆定位桌面，不同個(gè)體線(xiàn)路，底層端口機器人以及1或多個(gè)成像或稱(chēng)重/澆水站組成。全套系統可以安裝在現有生長(cháng)室，內置高品質(zhì)工業(yè)部件。

植物在各自花盆內生長(cháng)，預設時(shí)間間隔，機器臂提取植物，將其帶到成像和稱(chēng)重澆水工作站。機器人將桌面上的線(xiàn)路移到旁邊，生成機械臂到定位花盆所需空間，并將其提升脫離桌面。RFID讀取裝置以及花盆底部的RFID標簽，可作為額外花盆識別法，識別和校正桌面上因手工花盆安置造成的錯誤。通常旁邊取景照相機從不同角度獲得圖像。成像站可安裝一系列照相機系統。組合稱(chēng)重/澆水站集成在機器臂上?；ㄅ柚兄参镌跐菜畷r(shí)旋轉以獲得較佳水分布。灌溉精度較高可達+/- 0.1 mL。另外，灌溉可基于自動(dòng)目標重量計算或固定量。在整個(gè)實(shí)驗過(guò)程中，可有效控制土壤濕度水準。集成光溫度和濕度傳感器可監控溫度，詳細記錄實(shí)驗生長(cháng)條件。

植物表型成像系統WIWAM Line產(chǎn)品特點(diǎn)

1、澆水時(shí)花盆旋轉以獲得較佳水分布

2、高精度灌溉(達0.1mL !).

3、WIWAM Line 可配置環(huán)境傳感器

4、WIWAM Line 配有直觀(guān)用戶(hù)界面

5、開(kāi)放式數據庫結構

6、可提供全定制系統

成像系統優(yōu)勢

所有表型平臺均為SMO工程部門(mén)自主設計、針對課題組的研究項目快速、準確提供技術(shù)方案，設備中諸多備件為自主生產(chǎn)和設計；公司軟件設計團隊針對具體項目提供有針對性的WIWAM定制軟件；SMO和VIB自主開(kāi)發(fā)PIPPA 數據管理、視覺(jué)成像和分析軟件，系統有效處理整個(gè)實(shí)驗設計的大數據；PIPPA 軟件可安裝在網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器上（包括專(zhuān)有用戶(hù)管理系統），網(wǎng)絡(luò )中每個(gè)計算機均可操作；在PIPPA軟件內，可集成整合外來(lái)分析數據和文本；易于獲取數據庫和原始圖像數據；與客戶(hù)自有IT技術(shù)設施進(jìn)行整合；針對客戶(hù)對表型設備運行環(huán)境了解欠缺的事實(shí)，提供表型設備生長(cháng)室、溫室建設交鑰匙設計方案，實(shí)現環(huán)境參數如 照明、溫度、濕度等控制，提供一站式表型研究解決方案；專(zhuān)門(mén)技術(shù)人員維護設備、定期指導維護硬件；*代理密切溝通服務(wù)、提供支持反饋；自主電路設計、建筑內電柜設計、機械電纜布線(xiàn)以及PLC管理所有室內設施，將工業(yè)領(lǐng)域理念灌輸到科研中；多篇利用WIWAM系統進(jìn)行研究的文章發(fā)表在*期刊如Nature Biotechnology等上面；迅速增長(cháng)的用戶(hù)群；采用開(kāi)放式框架設計，可整合市面上的所以種類(lèi)成像模塊。

應用領(lǐng)域

遺傳資源和序列數據快速積累，但將該信息與基因功能相關(guān)聯(lián)的進(jìn)程要緩慢的多，這表明植物表型是理解基因 編碼過(guò)程以及應用該知識作物產(chǎn)量的主要瓶頸。表型工作是較耗勞力和較具技術(shù)挑戰性的部分，成本高且耗時(shí)。但該“表型瓶頸"已可通過(guò)集成新型圖像獲取技術(shù)、機器人技術(shù)、圖像分析技術(shù)以及數據處理技術(shù)解決。WIWAM 植物表型成像系統集成了這些技術(shù)，替代了很多人工處理。該植物表型平臺可應用到多個(gè)研究領(lǐng)域，包括植物生 長(cháng)調節、耐旱研究、植物生理、鹽堿或重金屬脅迫反應等。也可在不同光照條件，營(yíng)養水平或土壤類(lèi)型下，研究化 學(xué)物影響.

WIWAM Line高通量植物表型平臺產(chǎn)品可選配模塊

可見(jiàn)光RGB成像模塊

可見(jiàn)光RGB成像是所有高通量植物表型平臺的核心部分，它分辨率高、測量快速、科研中應用較多、發(fā)表文章較多，可以捕獲與植物生長(cháng)和發(fā)育相關(guān)的大量參數。此外，它們可以提供植物形態(tài)和結構的測量，并且包含顏色信息。參數如下：

葉面積、植物緊實(shí)度／緊密度、葉片周長(cháng)、偏心率、葉圓度、葉寬指數、植物圓直徑、凸包面積、植物質(zhì)心、節間距、生長(cháng)高度、植物三維較大高度和寬度、相對生長(cháng)速率、葉傾角、節葉片數量。

葉綠素熒光成像模塊

葉綠素熒光成像屬于定制化設計，成像面積范圍是從30x30cm到200x200cm，是目前適合大型植物植株成像的熒光成像系統。它可以頂部成像，也可以側面成像，甚至頂部和側面都成像；集成到高通量植物表型平臺中，進(jìn)行高通量的光合表型測量。該模塊技術(shù)參數如下：Fo, FI, Fm, Ft, Fm’, FI’, Fo’, Fv/Fm, φPSII, φRO, NPQ, qN, qP, Rfd, NDVI,  RNIR, RChl, RAnth, RRed, RGreen, RBlue, Chl. Index, Ant. Index等。

葉綠素熒光成像技術(shù)參數

群體植物光合長(cháng)期監測模塊

實(shí)時(shí)對植物進(jìn)行多傳感監控：PSII較大和有效效率，光強，輻射，ETR以及植物面積。群體植物光合長(cháng)期監測傳感器是一款自動(dòng)多傳感器，可測量PSII與較大效率(Fv/Fm)、有效效率相關(guān)的參數。通過(guò)鏡像系統，通過(guò)內置計算機控制，激光束打到植物上。每5秒鐘，激光束不斷變化在植物上的位置，每次循環(huán)可生成數百個(gè)測量點(diǎn)。系統編程測量每個(gè)激光點(diǎn)的PSII效率，光強以及輻射。計算參數有PAR光，Fq’/Fm’以及ETR(電子傳 遞速率)。ETR與CO2吸收相關(guān)。植物面積可從含有葉綠素的測量位置數計算出來(lái)。傳感器上面有2個(gè)內置Licor傳感器，PAR傳感器以及輻射傳感器。傳感器可集成在*LetsGrow系統中以及wiwam系統中。在系統中，可監測來(lái)自該傳感器的所有數據并與其它環(huán)境數據進(jìn)行對比。 

激光點(diǎn)測量參數：

較小(Fo或 Fs)以及較大(Fm或Fm)葉綠素熒光信號、CropObserver頂部光強、CropObserver頂部輻射、計算機24/7實(shí)時(shí)信息、實(shí)時(shí)Fv/Fm 和Fq /Fm平均值與分布、實(shí)時(shí)PAR平均值 µmol/s/ m2、實(shí)時(shí)輻射平均值 /s/ m2、實(shí)時(shí)ETR平均值與分布、植物面積

近紅外成像模塊

近紅外成像主要用于觀(guān)測分析植物的水分狀態(tài)及其在不同組織間的分布變異，處于良好澆灌狀態(tài)的植物表現出對近紅外光譜的高吸收性，而處于干旱狀態(tài)的植物則表現出對近紅外光譜的高反射性，通過(guò)分析軟件可以監測分析從干旱脅迫到再澆灌過(guò)程中的整個(gè)過(guò)程動(dòng)態(tài)及植物對干旱脅迫的響應和水分利用效率，并形成假彩圖像，可以與植物的形態(tài)指數及葉綠素熒光指數進(jìn)行相關(guān)分析研究。

近紅外成像模塊技術(shù)參數

紅外熱成像模塊

紅外熱成像主要用于成像分析植物在光輻射情況下的二維發(fā)熱分布，良好的散熱可以使植物耐受較長(cháng)時(shí)間的高光輻 射或低水條件（干旱）。

紅外熱成像模塊技術(shù)參數

高光譜成像模塊

高光譜成像在估測植物各種生化組分的吸收光譜信息及植物生長(cháng)情況的檢測上表現出了強大的優(yōu)勢，主要用于植物 的營(yíng)養狀況、水分含量、長(cháng)勢情況、病蟲(chóng)害情況監測等。

高光譜成像模塊技術(shù)參數

激光3D掃描多光譜成像模塊

激光3D掃描成像能夠耐受全日照輻射而不影響測量，在高精度測量三維點(diǎn)云信息的同時(shí)，測量400-900 nm范圍內4 個(gè)波段的多光譜成像，使得我們可以得到植物在X、Y和Z軸上所有坐標點(diǎn)的多光譜信息，通過(guò)點(diǎn)云的空間深度信息和角 度信息，可以對光譜信息進(jìn)行有效的校準，從而獲得較加有效的數據。

激光3D掃描多光譜成像模塊技術(shù)參數

根系CT成像模塊

根系CT成像是植物表型平臺的重要組成部分，成功的實(shí)現了原位監測植株根系狀態(tài)，并對直徑20cm花盆內自然土 壤中的根系進(jìn)行掃描和重建。

根系CT成像模塊技術(shù)參數

IT解決方案和儲存

WIWAM軟件在工業(yè)計算機上運行，觸摸屏。該軟件配有用戶(hù)友好圖形界面，用于控制機器人站行為以及以較高靈活度設計設計實(shí)驗?？赏瑫r(shí)運行多組實(shí)驗，可運行不同隨機模式，可及時(shí)規劃單個(gè)植株或一組植株的處理。在預設啟動(dòng)時(shí)間，PC機將向工業(yè)PLC發(fā)送指令，照管機器人移動(dòng)。所有成像，稱(chēng)重/澆水以及環(huán)境數據均可存于SQL數據庫，記錄后可用于分析記錄。系統采用了開(kāi)放式數據庫結構，可以直接獲取圖像。該平臺可以與高性能計算相連，用于分析儲存數據或者可與本地服務(wù)器設施整合。

SMS郵件服務(wù)可以通知用戶(hù)機器報警和錯誤，可盡快進(jìn)行用戶(hù)干涉。系統可于任一點(diǎn)暫停和停下，UPS(不間斷電源)可防止數據丟失和確保在停電后全系統恢復。該軟件也有平臺管理員系統設置和維護行為通道。

圖像分析和數據可視化

WIWAM Conveyor有VIB開(kāi)發(fā)的圖像分析和數據可視化軟件支持，此軟件包，稱(chēng)為PIPPA，是網(wǎng)絡(luò )界面和數據庫，一方面用來(lái)為不同類(lèi)型的WIWAM植物表型平臺提供管理的工具，另一方面用于分析圖像和數據。

PIPPA與該平臺通訊，通過(guò)將PIPPA網(wǎng)絡(luò )界面生成的實(shí)驗結果傳到平臺。每個(gè)花盆的處理和基因型信息已在數據庫限定以確保在整個(gè)實(shí)驗中的數據一體性。實(shí)驗期間PIPPA對來(lái)自平臺的稱(chēng)重，灌溉測量，環(huán)境數據，錯誤記錄以及圖像信息進(jìn)行處理分析。PIPPA支持這些圖像后續處理(旋轉/收獲/等)。圖像分析文本可以在PIPPA界面初始化，可設置于網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器運行(獨立版本)或計算機群運行，以快速生成結果。隨后，通過(guò)檢查數據是否在特定閾值之內可在網(wǎng)絡(luò )幾面對輸出文本進(jìn)行驗證，例如，是否生長(cháng)相關(guān)性狀，如植物枝條面積一段時(shí)間內是否增加。

北京博普特科技有限公司是比利時(shí)WIWAM植物表型成像系統的中國區總總代理，全面負責其系列產(chǎn)品在中國市場(chǎng)的推廣、銷(xiāo)售和售后服務(wù)。