一、逆境模擬及植物生長監(jiān)測平臺介紹
逆境模擬及植物生長監(jiān)測平臺是一套高通量，以多維度傳感器和人工智能算法為基礎(chǔ)的高精度環(huán)境監(jiān)測與表型鑒定系統(tǒng)，可以完成整個植物生長周期中不同環(huán)境下的植物生長關(guān)鍵表型因子的測量。連續(xù)獲取環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)。并基于人工智能算法對獲取的多維度數(shù)據(jù)開展深度挖掘。
二、逆境模擬及植物生長監(jiān)測平臺組成
智能化栽培單元+流水線自動化傳送單元+多維傳感融合圖像成像單元+邊緣計算與解析單元+數(shù)據(jù)管理單元
1) 智能化栽培單元
環(huán)境因子監(jiān)測：利用土壤類、氣象類傳感器，連續(xù)監(jiān)控土壤水份、土壤溫度溫度、土壤鹽分、土壤PH、土壤氧氣、空氣溫濕度、二氧化碳濃度等；
智能化灌溉：可支持自定義設(shè)置周期性水肥計劃，實現(xiàn)對灌溉、施肥的定時、定量控制，可實施水分、養(yǎng)分、鹽分等因子的定向投放，模擬干旱、高鹽堿等逆境環(huán)境。
2) 流水線自動化傳送單元：
自動化傳送：利用自動化控制系統(tǒng)，可自動將植株從智能化栽培區(qū)域傳送至成像暗室；
自動定位并識別：利用RFID射頻標(biāo)簽對每一盆植株進行身份信息識別，植株移動到目標(biāo)位置時自動進行關(guān)聯(lián)，并自動記錄對應(yīng)設(shè)備的采集數(shù)據(jù)；
選配稱重模塊：樣品傳送過程中高精度傳感器實現(xiàn)對重量的測定。
3) 多維傳感融合圖像成像單元：
單箱體多成像單元一體化集成，成像暗室尺寸支持定制?？蛇x配可見光二維、可見光三維、高光譜等獨立成像模塊。高效實現(xiàn)對作物植株的高通量、多維度、自動化實時采集。
可見光二維成像單元：獲取植株側(cè)視可見光圖像，并利用人工智能算法分析獲取株高、葉頂點數(shù)、投影面積等形態(tài)參數(shù)，黃色投影面積、綠色投影面積等顏色參數(shù)，以及平滑度等紋理參數(shù)，用于植株株型與健康狀態(tài)相關(guān)表型分析。
可見光三維成像單元：基于算法重構(gòu)高精度植物模型，基于模型獲取植物冠層覆蓋率、冠幅、生物量等參數(shù)，用于生物量變化與長勢分析。
成像傳感器 | 高分辨率RGB鏡頭 |
分辨率 | 5120×5120 |
像元尺寸 | 2.5μm×2.5μm |
成像平臺 | 360度旋轉(zhuǎn)平臺 |
成像高度 | 支持多段成像，自定義高度 |
照明光源 | 側(cè)面LED均一光源 |
數(shù)據(jù)傳輸 | 萬兆以太網(wǎng) |
二維單株分析時間 | ＜5s |
三維單株重構(gòu)與解析時間 | ＜7min |
高光譜成像單元：基于植物光譜反射信息，可實現(xiàn)植物各部分光譜特征曲線的計算，以及光譜指數(shù)如NDVI、GVI等三十個常用植被指數(shù)的獲取，葉綠素含量、冠層氮含量等生物學(xué)參數(shù)的分析，用于解析植物組分含量變化、營養(yǎng)狀況以及病害發(fā)生情況。
成像波長范圍 | 400-1000nm |
照明光源 | 低頻閃高光質(zhì)鹵素?zé)艄庠?/p> |
像素大小 | 5.86μm×5.86μm |
光譜分辨率 | 2.5nm |
光譜帶數(shù)（波段數(shù)） | 1200個波段 |
圖像分辨率 | 1920×1920 |
入射狹縫寬度 | 25μm |
動態(tài)范圍 | 12bit |
成像高度 | 支持自定義高度 |
數(shù)據(jù)傳輸 | USB3.0/千兆以太網(wǎng)（可選） |
高光譜單株分析時間 | ＜5s |
4) 邊緣計算與解析單元：
系統(tǒng)采用全自研算法進行可見光圖像與光譜圖像解析，可重構(gòu)植株高精度三維模型，對形態(tài)參數(shù)、顏色參數(shù)，生物量等進行測定，并生成光譜反射曲線，自動計算多種常見植被指數(shù)、葉綠素含量、氮含量等農(nóng)學(xué)生物學(xué)指標(biāo)?？筛鶕?jù)客戶需求，各模塊支持設(shè)計定制關(guān)聯(lián)模型，對特定類型脅迫響應(yīng)程度或病害等級進行具體分析。
5) 數(shù)據(jù)管理單元：
系統(tǒng)配備專業(yè)分析軟件，支持通過自建實驗工程進行數(shù)據(jù)管理，可按不同成像單元進行數(shù)據(jù)查看、分析和導(dǎo)出，便于根據(jù)不同的實驗課題進行整個實驗周期數(shù)據(jù)管理。
三、逆境模擬及植物生長監(jiān)測平臺應(yīng)用方向
集成可見光二維、三維、高光譜多類型成像單元，采用全自研算法進行可見光圖像與光譜圖像解析，可重構(gòu)植株高精度三維模型，對形態(tài)參數(shù)、顏色參數(shù)，生物量等進行測定，并生成光譜反射曲線，自動計算多種常見植被指數(shù)、葉綠素含量、氮含量等農(nóng)學(xué)生物學(xué)指標(biāo)。
可應(yīng)用于植物形態(tài)分析（篩選突變株、逆境處理下篩選抗逆種質(zhì)）、植物長勢分析（分析突變體或特殊處理條件下植物生長狀態(tài)變化）、植物營養(yǎng)狀況分析（營養(yǎng)高效種質(zhì)/突變體篩選、水肥利用率分析）、植物病害識別（感病處理下篩選抗病種質(zhì)）、植物葉綠素含量分析（植物生長狀態(tài)表征、抗性種質(zhì)篩選）；可根據(jù)客戶需求，各模塊支持設(shè)計定制關(guān)聯(lián)模型，對特定類型脅迫響應(yīng)程度或病害等級進行具體分析。
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