高通量植物表型成像平台

WIWAM植物表型成像系统由比利时SMO公司与Ghent大学VIB研究所研制生产，整合了LED植物智能培养、自动化控制系统、叶绿素荧光成像测量分析、植物热成像分析、植物近红外成像分析、植物高光谱分析、植物多光谱分析、植物CT断层扫描分析、自动条码识别管理、RGB真彩3D成像等多项先进技术，以较优化的方式实现大量植物样品——从拟南芥、玉米到各种其它植物的生理生态与形态结构成像分析，用于高通量植物表型成像分析测量、植物胁迫响应成像分析测量、植物生长分析测量、生态毒理学研究、性状识别及植物生理生态分析研究等。

品牌：比利时SMO

型号：WIWAM conveyor

WIWAM conveyor产品介绍

WIWAM conveyor是一款集成机器人解决方案，作为高通量可重复表型平台，可用于大型植物表型研究如玉米等。该机器人可进行自动灌溉，允许定期对多种植物生长参数测量。WIWAM Conveyor代替了很多手工操作，省时省钱，精度高。该WIWAM机器人传送带网络组成，可将植物传送到1或多台称重浇水站以及成像柜，成像柜中安装有一系列的非损害性照相系统。全套系统可以安装在现有温室，由高品质工业部件构成。典型应用是植物种植在不同各自花盆内。这些花盆在传送带系统上以小车运输。花盆和小车均有少有识别码(分别QR和RFID码)，从其固定生长区域传送到称重和灌溉站以及成像柜，都可对每植株进行个性处理。成像平台是封闭区域，配有适合照像的光照条件，配有旋转平台提升装置，可从观察角度稳定获得图像，聚焦远处感兴趣部分。成像柜可以容纳一系列照相系统，用于非损害性图像获取。

WIWAM conveyor特点

①称重和灌溉站位置，植物在浇水时旋转，以便花盆获得较佳水分布。灌溉精度较高可达正负1ml。另外，灌溉可以基于对目标重量或固定量计算。这方法可以保证在整个实验中的有效土壤湿度水平。通过集成光、温度和湿度传感器监控环境，详细记录实验生长条件。

②系统包括1个生长处理区，可以提取和检索编号属于特定基因组或处理的植株。系统用户可进入操作区，可视觉观察植物或手工操作植物，如测量特定植物性状，或提取部分植物做分子或化学分析。

③系统可将外部植物装载到系统中，例如生长在另外一间温室或生长箱中的植物，可将其在称重和灌溉站处理和到成像室成像。

成像系统优势

所有表型平台均为SMO工程部门自主设计、针对课题组的研究项目快速、准确提供技术方案，设备中诸多备件为自主生产和设计；公司软件设计团队针对具体项目提供有针对性的WIWAM定制软件；SMO和VIB自主开发PIPPA 数据管理、视觉成像和分析软件，系统有效处理整个实验设计的大数据；PIPPA 软件可安装在网络服务器上（包括专有用户管理系统），网络中每个计算机均可操作；在PIPPA软件内，可集成整合外来分析数据和文本；易于获取数据库和原始图像数据；与客户自有IT技术设施进行整合；针对客户对表型设备运行环境了解欠缺的事实，提供表型设备生长室、温室建设交钥匙设计方案，实现环境参数如照明、温度、湿度等控制，提供一站式表型研究解决方案；专门技术人员维护设备、定期指导维护硬件；代理密切沟通服务、提供支持反馈；自主电路设计、建筑内电柜设计、机械电缆布线以及PLC管理所有室内设施，将工业领域理念灌输到科研中；多篇利用WIWAM系统进行研究的文章发表在先进期刊如Nature Biotechnology等上面；迅速增长的用户群；采用开放式框架设计，可整合市面上的所以种类成像模块。

产品可选配模块

可见光RGB成像模块

可见光RGB成像是所有高通量植物表型平台的核心部分，它分辨率高、测量快速、科研中应用最多、发表文章最多，可以捕获与植物生长和发育相关的大量参数。此外，它们可以提供植物形态和结构的测量，并且包含颜色信息。参数如下：叶面积、植物紧实度／紧密度、叶片周长、偏心率、叶圆度、叶宽指数、植物圆直径、凸包面积、植物质心、节间距、生长高度、植物三维较大高度和宽度、相对生长速率、叶倾角、节叶片数量。

可见光RGB成像技术参数：

分辨率：4008×2672像素

最大信噪比：41.3dB

最大帧频：39帧

杂散光敏感度：1/50000

输出：24位RGB

电源电压：1.8V/3.3V

暗噪音：13e- (RMS)

功率：600mW

动态范围：60dB

叶绿素荧光成像模块

叶绿素荧光成像属于定制化设计，成像面积范围是从30x30cm到200x200cm，是目前适合大型植物植株成像的荧光成像系统。它可以顶部成像，也可以侧面成像，甚至顶部和侧面都成像；集成到高通量植物表型平台中，进行高通量的光合表型测量。该模块技术参数如下：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。

近红外成像模块

近红外成像主要用于观测分析植物的水分状态及其在不同组织间的分布变异，处于良好浇灌状态的植物表现出对近红外光谱的高吸收性，而处于干旱状态的植物则表现出对近红外光谱的高反射性，通过分析软件可以监测分析从干旱胁迫到再浇灌过程中的整个过程动态及植物对干旱胁迫的响应和水分利用效率，并形成假彩图像，可以与植物的形态指数及叶绿素荧光指数进行相关分析研究。

红外热成像模块

红外热成像主要用于成像分析植物在光辐射情况下的二维发热分布，良好的散热可以使植物耐受较长时间的高光辐射或低水条件（干旱）。

高光谱成像模块

高光谱成像在估测植物各种生化组分的吸收光谱信息及植物生长情况的检测上表现出了强大的优势，主要用于植物的营养状况、水分含量、长势情况、病虫害情况监测等。

高光谱成像技术参数

光谱范围:400-1000/900-1700nm

光谱分辨率:5.5/8nm

空间像素数:1024/640

成像速度:330-9900/670-15000Hz

波段可选

激光3D扫描多光谱成像模块

激光3D扫描成像能够耐受全日照辐射而不影响测量，在高精度测量三维点云信息的同时，测量400-900 nm范围内4个波段的多光谱成像，使得我们可以得到植物在X、Y和Z轴上所有坐标点的多光谱信息，通过点云的空间深度信息和角度信息，可以对光谱信息进行完美的校准，从而获得更加精准的数据。此模块可以得到的参数如下：植高度、3D叶面积、叶片投影面积、数字生物量、叶片倾斜度、叶面积指数、光穿透深度叶片覆盖度、归一化植被指数、增强型植被指数、光化学反射指数、绿度、叶绿素、衰老信息等。

根系CT成像模块

根系CT成像是植物表型平台的重要组成部分，成功的实现了原位监测植株根系状态，并对直径20cm花盆内自然土壤中的根系进行扫描和重建。

根系CT成像技术参数

尺寸：不包括外围设备约5 m x 1.5 m x 2.5 m（高压供电及控制箱需要额外1.5 m x 1 m）

焦点到检测器的最大距离：850 mm

焦点到被测物的距离：740 mm

视野面积：20 x 20 cm（即花盆直径最大20 cm，花盆高度最大20 cm）

安全防护：硬件互锁，一旦门被打开射线发射器马上停止工作

高通量测量：X-射线检测器以及X-射线管安装在传送带系统上，可以360°循环旋转测量。

环境防护：关键部位涂有额外的保护涂层，以适应比较苛刻的环境（如灰尘）。如有其它特殊防护要求请客户提前做出说明。

成像速度：为5 min/盆

有效面积：200 x 200 mm

像素间距：100 µm

分辨率：约为 2000 x 2000 像素

电压：10-225 kV

功率：800 W（光管焦斑尺寸为400 µm）或 1800 W（光管焦斑尺寸为1 mm）

高压供电：配备有高压电源（电流16 A ）

IT解决方案和储存

WIWAM软件在工业计算机上运行，触摸屏。该软件配有用户友好图形界面，用于控制机器人站行为以及以较高灵活度设计设计实验。可同时运行多组实验，可运行不同随机模式，可及时规划单个植株或一组植株的处理。在预设启动时间，PC机将向工业PLC发送指令，照管机器人移动。所有成像，称重/浇水以及环境数据均可存于SQL数据库，记录后可用于分析记录。系统采用了开放式数据库结构，可以直接获取图像。该平台可以与高性能计算相连，用于分析储存数据或者可与本地服务器设施整合。

SMS邮件服务可以通知用户机器报警和错误，可尽快进行用户干涉。系统可于任一点暂停和停下，UPS(不间断电源)可防止数据丢失和确保在停电后全系统恢复。该软件也有平台管理员系统设置和维护行为通道。

图像分析和数据可视化

WIWAM Conveyor有VIB开发的图像分析和数据可视化软件支持，此软件包，称为PIPPA，是网络界面和数据库，一方面用来为不同类型的WIWAM植物表型平台提供管理的工具，另一方面用于分析图像和数据。

PIPPA与该平台通讯，通过将PIPPA网络界面生成的实验结果传到平台。每个花盆的处理和基因型信息已在数据库限定以确保在整个实验中的数据一体性。实验期间PIPPA对来自平台的称重，灌溉测量，环境数据，错误记录以及图像信息进行处理分析。PIPPA支持这些图像后续处理(旋转/收获/等)。图像分析文本可以在PIPPA界面初始化，可设置于网络服务器运行(独立版本)或计算机群运行，以快速生成结果。随后，通过检查数据是否在特定阈值之内可在网络几面对输出文本进行验证，例如，是否生长相关性状，如植物枝条面积一段时间内是否增加。

北京博普特科技有限公司是比利时WIWAM植物表型成像系统的中国区总代理，全面负责其系列产品在中国市场的推广、销售和售后服务。