WIWAM植物表型成像系統(tǒng)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(yǎng)、自動(dòng) 化控制系統(tǒng)、葉綠素?zé)晒獬上駵y(cè)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(shí)別管理、RGB真彩3D成像等多項(xiàng)*技術(shù)，以較優(yōu)化的方式實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)成像分析，用于高通量植物表型成像分析測(cè)量、植 物脅迫響應(yīng)成像分析測(cè)量、植物生長分析測(cè)量、生態(tài)毒理學(xué)研究、性狀識(shí)別及植物生理生態(tài)分析研究等。

SMO是歐洲*的機(jī)械設(shè)備制造與設(shè)計(jì)工程公司，是一家將大規(guī)模自動(dòng)化理念和工業(yè)級(jí)零件和設(shè)備整合入 植物成像系統(tǒng)的廠家，在機(jī)械自動(dòng)化以及機(jī)器視覺成像領(lǐng)域擁有豐富的設(shè)計(jì)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為歐洲*客戶提供機(jī)械設(shè)計(jì) 解決方案，SMO公司將機(jī)械領(lǐng)域的*理念帶入了植物表型機(jī)器人領(lǐng)域，所采用的配件均為工業(yè)界廣泛認(rèn)可的高品質(zhì) 配件，耐受苛刻環(huán)境，另外表型設(shè)備領(lǐng)域的諸多自動(dòng)化配件，均由SMO公司自主設(shè)計(jì)，因公司擁有較為強(qiáng)大的工程師 團(tuán)隊(duì)，基于工業(yè)領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn)，可針對(duì)不同客戶需求，一般2-3周就可以提供較復(fù)雜表型成像系統(tǒng)的解決方案。目前 WIWAM植物表型平臺(tái)分為WIWAM XY，WIWAM Line以及WIWAM Conveyor 3個(gè)系列，同時(shí)還提供WIWAM Boxing柜 式成像系統(tǒng)，也提供野外表型成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

高通量植物表型成像系統(tǒng)WIWAM conveyor產(chǎn)品介紹

WIWAM conveyor是一款集成機(jī)器人解決方案，用于高通量可重復(fù)表型平臺(tái)，用于大型植物如玉米。該機(jī)器人可進(jìn)行自動(dòng)灌溉，允許定期對(duì)多種植物生長參數(shù)測(cè)量。WIWAM Conveyor代替了很多手工操作，省時(shí)省錢，精度高。該WIWAM機(jī)器人傳送帶網(wǎng)絡(luò)組成，可將植物傳送到1或多臺(tái)稱重澆水站以及成像柜，成像柜中安裝有一系列的非損害性照相系統(tǒng)。全套系統(tǒng)可以安裝在現(xiàn)有溫室，由高品質(zhì)工業(yè)部件構(gòu)成。典型應(yīng)用是植物種植在不同各自花盆內(nèi)。這些花盆在傳送帶系統(tǒng)上以小車運(yùn)輸?；ㄅ韬托≤嚲猩儆凶R(shí)別碼(分別QR和RFID碼)，從其固定生長區(qū)域傳送到稱重和灌溉站以及成像柜，都可對(duì)每植株進(jìn)行個(gè)性處理。成像平臺(tái)是封閉區(qū)域，配有適合照像的光照條件，配有旋轉(zhuǎn)平臺(tái)提升裝置，可從觀察角度穩(wěn)定獲得圖像，聚焦遠(yuǎn)處感興趣部分。成像柜可以容納一系列照相系統(tǒng)，用于非損害性圖像獲取。

稱重和灌溉站位置，植物在澆水時(shí)旋轉(zhuǎn)，以在花盆獲得較佳水分布。灌溉精度較高可達(dá)+/-1mL。澆水后，可應(yīng)用容器中準(zhǔn)備好的不同溶液。另外，灌溉可以基于對(duì)目標(biāo)重量計(jì)算或固定量。這方法可以保證在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中的有效土壤濕度水平。通過集成光、溫度和濕度傳感器監(jiān)控環(huán)境，詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)生長條件。 

該系統(tǒng)的精明之處在于包括1個(gè)處理區(qū)，系統(tǒng)可以提取和檢索所需號(hào)碼的屬于特定基因組或處理的植株。系統(tǒng)用戶可進(jìn)入操作區(qū)，可視覺觀察植物或手工操作植物，如測(cè)量特定植物性扎狀，或提取部分植物做分子或化學(xué)分析。系統(tǒng)另外一精明特征是可將外部植物裝載到系統(tǒng)中，例如生長在另外一間溫室或生長箱中的植物，可將其在稱重和灌溉站成像和/或處理。

高通量植物表型成像系統(tǒng)WIWAM conveyor特點(diǎn)

稱重和灌溉站位置，植物在澆水時(shí)旋轉(zhuǎn)，以在花盆獲得較佳水分布。灌溉精度較高可達(dá)+/-1mL。澆水后，可應(yīng)用容器中準(zhǔn)備好的不同溶液。另外，灌溉可以基于對(duì)目標(biāo)重量計(jì)算或固定量。這方法可以保證在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中的有效土壤濕度水平。通過集成光、溫度和濕度傳感器監(jiān)控環(huán)境，詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)生長條件。

該系統(tǒng)的精明之處在于包括1個(gè)處理區(qū)，系統(tǒng)可以提取和檢索所需號(hào)碼的屬于特定基因組或處理的植株。系統(tǒng)用戶可進(jìn)入操作區(qū)，可視覺觀察植物或手工操作植物，如測(cè)量特定植物性扎狀，或提取部分植物做分子或化學(xué)分析。系統(tǒng)另外一精明特征是可將外部植物裝載到系統(tǒng)中，例如生長在另外一間溫室或生長箱中的植物，可將其在稱重和灌溉站成像和或處理。

成像系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

所有表型平臺(tái)均為SMO工程部門自主設(shè)計(jì)、針對(duì)課題組的研究項(xiàng)目快速、準(zhǔn)確提供技術(shù)方案，設(shè)備中諸多備件為自主生產(chǎn)和設(shè)計(jì)；公司軟件設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)針對(duì)具體項(xiàng)目提供有針對(duì)性的WIWAM定制軟件；SMO和VIB自主開發(fā)PIPPA 數(shù)據(jù)管理、視覺成像和分析軟件，系統(tǒng)有效處理整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的大數(shù)據(jù)；PIPPA 軟件可安裝在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上（包括專有用戶管理系統(tǒng)），網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)計(jì)算機(jī)均可操作；在PIPPA軟件內(nèi)，可集成整合外來分析數(shù)據(jù)和文本；易于獲取數(shù)據(jù)庫和原始圖像數(shù)據(jù)；與客戶自有IT技術(shù)設(shè)施進(jìn)行整合；針對(duì)客戶對(duì)表型設(shè)備運(yùn)行環(huán)境了解欠缺的事實(shí)，提供表型設(shè)備生長室、溫室建設(shè)交鑰匙設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)環(huán)境參數(shù)如 照明、溫度、濕度等控制，提供一站式表型研究解決方案；專門技術(shù)人員維護(hù)設(shè)備、定期指導(dǎo)維護(hù)硬件；代理密切溝通服務(wù)、提供支持反饋；自主電路設(shè)計(jì)、建筑內(nèi)電柜設(shè)計(jì)、機(jī)械電纜布線以及PLC管理所有室內(nèi)設(shè)施，將工業(yè)領(lǐng)域理念灌輸?shù)娇蒲兄校欢嗥肳IWAM系統(tǒng)進(jìn)行研究的文章發(fā)表在*期刊如Nature Biotechnology等上面；迅速增長的用戶群；采用開放式框架設(shè)計(jì)，可整合市面上的所以種類成像模塊。

應(yīng)用領(lǐng)域

遺傳資源和序列數(shù)據(jù)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 編碼過程以及應(yīng)用該知識(shí)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(zhàn)性的部分，成本高且耗時(shí)。但該“表型瓶頸"已可通過集成新型圖像獲取技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、圖像分析技術(shù)以及數(shù)據(jù)處理技術(shù)解決。WIWAM 植物表型成像系統(tǒng)集成了這些技術(shù)，替代了很多人工處理。該植物表型平臺(tái)可應(yīng)用到多個(gè)研究領(lǐng)域，包括植物生 長調(diào)節(jié)、耐旱研究、植物生理、鹽堿或重金屬脅迫反應(yīng)等。也可在不同光照條件，營養(yǎng)水平或土壤類型下，研究化 學(xué)物影響.

產(chǎn)品可選配模塊

可見光RGB成像模塊

可見光RGB成像是所有高通量植物表型平臺(tái)的核心部分，它分辨率高、測(cè)量快速、科研中應(yīng)用較多、發(fā)表文章較多，可以捕獲與植物生長和發(fā)育相關(guān)的大量參數(shù)。此外，它們可以提供植物形態(tài)和結(jié)構(gòu)的測(cè)量，并且包含顏色信息。參數(shù)如下：

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

葉綠素?zé)晒獬上衲K

葉綠素?zé)晒獬上駥儆诙ㄖ苹O(shè)計(jì)，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(tǒng)。它可以頂部成像，也可以側(cè)面成像，甚至頂部和側(cè)面都成像；集成到高通量植物表型平臺(tái)中，進(jìn)行高通量的光合表型測(cè)量。該模塊技術(shù)參數(shù)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?zé)晒獬上窦夹g(shù)參數(shù)

群體植物光合長期監(jiān)測(cè)模塊

實(shí)時(shí)對(duì)植物進(jìn)行多傳感監(jiān)控：PSII較大和有效效率，光強(qiáng)，輻射，ETR以及植物面積。群體植物光合長期監(jiān)測(cè)傳感器是一款自動(dòng)多傳感器，可測(cè)量PSII與較大效率(Fv/Fm)、有效效率相關(guān)的參數(shù)。通過鏡像系統(tǒng)，通過內(nèi)置計(jì)算機(jī)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(shù)百個(gè)測(cè)量點(diǎn)。系統(tǒng)編程測(cè)量每個(gè)激光點(diǎn)的PSII效率，光強(qiáng)以及輻射。計(jì)算參數(shù)有PAR光，F(xiàn)q’/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(cè)量位置數(shù)計(jì)算出來。傳感器上面有2個(gè)內(nèi)置Licor傳感器，PAR傳感器以及輻射傳感器。傳感器可集成在*的LetsGrow系統(tǒng)中以及wiwam系統(tǒng)中。在系統(tǒng)中，可監(jiān)測(cè)來自該傳感器的所有數(shù)據(jù)并與其它環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。 

激光點(diǎn)測(cè)量參數(shù)：

較小(Fo或 Fs)以及較大(Fm或Fm)葉綠素?zé)晒庑盘?hào)、CropObserver頂部光強(qiáng)、CropObserver頂部輻射、計(jì)算機(jī)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測(cè)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(xiàn)出對(duì)近紅外光譜的高吸收性，而處于干旱狀態(tài)的植物則表現(xiàn)出對(duì)近紅外光譜的高反射性，通過分析軟件可以監(jiān)測(cè)分析從干旱脅迫到再澆灌過程中的整個(gè)過程動(dòng)態(tài)及植物對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)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(shù)及葉綠素?zé)晒庵笖?shù)進(jìn)行相關(guān)分析研究。

近紅外成像模塊技術(shù)參數(shù)

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(shù)

高光譜成像模塊

高光譜成像在估測(cè)植物各種生化組分的吸收光譜信息及植物生長情況的檢測(cè)上表現(xiàn)出了強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，主要用于植物 的營養(yǎng)狀況、水分含量、長勢(shì)情況、病蟲害情況監(jiān)測(cè)等。

高光譜成像模塊技術(shù)參數(shù)

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(cè)量，在高精度測(cè)量三維點(diǎn)云信息的同時(shí)，測(cè)量400-900 nm范圍內(nèi)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(biāo)點(diǎn)的多光譜信息，通過點(diǎn)云的空間深度信息和角 度信息，可以對(duì)光譜信息進(jìn)行有效的校準(zhǔn)，從而獲得較加有效的數(shù)據(jù)。

激光3D掃描多光譜成像模塊技術(shù)參數(shù)

根系CT成像模塊

根系CT成像是植物表型平臺(tái)的重要組成部分，成功的實(shí)現(xiàn)了原位監(jiān)測(cè)植株根系狀態(tài)，并對(duì)直徑20cm花盆內(nèi)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(shù)

IT解決方案和儲(chǔ)存

WIWAM軟件在工業(yè)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，觸摸屏。該軟件配有用戶友好圖形界面，用于控制機(jī)器人站行為以及以較高靈活度設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?？赏瑫r(shí)運(yùn)行多組實(shí)驗(yàn)，可運(yùn)行不同隨機(jī)模式，可及時(shí)規(guī)劃單個(gè)植株或一組植株的處理。在預(yù)設(shè)啟動(dòng)時(shí)間，PC機(jī)將向工業(yè)PLC發(fā)送指令，照管機(jī)器人移動(dòng)。所有成像，稱重/澆水以及環(huán)境數(shù)據(jù)均可存于SQL數(shù)據(jù)庫，記錄后可用于分析記錄。系統(tǒng)采用了開放式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，可以直接獲取圖像。該平臺(tái)可以與高性能計(jì)算相連，用于分析儲(chǔ)存數(shù)據(jù)或者可與本地服務(wù)器設(shè)施整合。

SMS郵件服務(wù)可以通知用戶機(jī)器報(bào)警和錯(cuò)誤，可盡快進(jìn)行用戶干涉。系統(tǒng)可于任一點(diǎn)暫停和停下，UPS(不間斷電源)可防止數(shù)據(jù)丟失和確保在停電后全系統(tǒng)恢復(fù)。該軟件也有平臺(tái)管理員系統(tǒng)設(shè)置和維護(hù)行為通道。

圖像分析和數(shù)據(jù)可視化

WIWAM Conveyor有VIB開發(fā)的圖像分析和數(shù)據(jù)可視化軟件支持，此軟件包，稱為PIPPA，是網(wǎng)絡(luò)界面和數(shù)據(jù)庫，一方面用來為不同類型的WIWAM植物表型平臺(tái)提供管理的工具，另一方面用于分析圖像和數(shù)據(jù)。

PIPPA與該平臺(tái)通訊，通過將PIPPA網(wǎng)絡(luò)界面生成的實(shí)驗(yàn)結(jié)果傳到平臺(tái)。每個(gè)花盆的處理和基因型信息已在數(shù)據(jù)庫限定以確保在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)一體性。實(shí)驗(yàn)期間PIPPA對(duì)來自平臺(tái)的稱重，灌溉測(cè)量，環(huán)境數(shù)據(jù)，錯(cuò)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(xù)處理(旋轉(zhuǎn)/收獲/等)。圖像分析文本可以在PIPPA界面初始化，可設(shè)置于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器運(yùn)行(獨(dú)立版本)或計(jì)算機(jī)群運(yùn)行，以快速生成結(jié)果。隨后，通過檢查數(shù)據(jù)是否在特定閾值之內(nèi)可在網(wǎng)絡(luò)幾面對(duì)輸出文本進(jìn)行驗(yàn)證，例如，是否生長相關(guān)性狀，如植物枝條面積一段時(shí)間內(nèi)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(tǒng)的中國區(qū)總總代理，全面負(fù)責(zé)其系列產(chǎn)品在中國市場的推廣、銷售和售后服務(wù)。