PlantScreenNền tảng phân tích kiểu hình thực vật thông lượng cao trong tự nhiên

——Field-based High-throughput Phenotyping PlatForm

Xây dựng khả năng phân tích kiểu hình đa đặc điểm nhanh chóng, chính xác và thông lượng cao của cây trồng tự nhiên là thách thức lớn nhất đối với nhân giống di truyền cây trồng trong thế kỷ 21 (Andrade-Sanchez et al. 2014, Furbank and Tester 2011, Houle et al. 2010). Nền tảng phân tích kiểu hình thực vật thông lượng cao trong tự nhiên có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với di truyền học, công nghệ sinh học, nhân giống cây trồng và phản ứng của cây trồng đối với biến đổi khí hậu, đất đai, quản lý canh tác, đặc biệt là nông nghiệp hiện đại và nông nghiệp thông minh.

PlantScreenNền tảng phân tích kiểu hình thực vật thông lượng cao trong tự nhiên tích hợp các công nghệ tiên tiến hiện đại như hệ thống điều khiển tự động, phân tích đo lường hình ảnh huỳnh quang diệp lục, phân tích hình ảnh nhiệt thực vật, phân tích quang phổ thực vật cao, phân tích hình ảnh màu RGB và nền tảng dữ liệu lớn kiểu hình Internet+Kiểu hình, v.v., để thực hiện tối ưu các phép đo phân tích kiểu hình thông lượng cao tại chỗ thực vật hoang dã, phản ứng căng thẳng thực vật và sàng lọc đo lường phân tích hình ảnh kháng cây trồng, đo lường phân tích tăng trưởng thực vật, nhận dạng đặc điểm và nghiên cứu phân tích sinh thái sinh lý thực vật. Là nhà sản xuất đầu tiên trên thế giới phát triển sản xuất hệ thống hình ảnh huỳnh quang chlorophyll thực vật, công ty PSI trong lĩnh vực phân tích hình ảnh kiểu hình thực vật đứng đầu thế giới về công nghệ, phân tích hình ảnh huỳnh quang chlorophyll diện tích lớn và các nền tảng phân tích hình ảnh khác làm choPlantScreenTrở thành thiết bị dụng cụ tiên tiến nhất để phân tích kiểu hình thực vật và phân tích hình ảnh chức năng.

Tính năng chức năng:

1) Nền tảng cảm biến đa chức năng lớn (Multi-functional sensor platform), tích hợp hình ảnh huỳnh quang diệp lục, hình ảnh RGB, hình ảnh nhiệt hồng ngoại, LiDAR、 Các loại thiết bị cảm biến cao cấp tiên tiến như hình ảnh quang phổ cao, phân tích toàn diện:

a) Phân tích kiểu hình tính trạng cấu trúc (hình ảnh RGB và LiDAR)

b) Phân tích kiểu hình chức năng (hình ảnh huỳnh quang chlorophyll)

Đánh giá hình dạng và tăng trưởng (Hình ảnh RGB và LiDAR)

d) Biểu hiện quang hợp (hình ảnh huỳnh quang chlorophyll)

e) Áp lực sinh học so với phản ứng áp lực phi sinh học (hình ảnh huỳnh quang diệp lục, hình ảnh quang phổ cao, hình ảnh nhiệt hồng ngoại)

f) Các biểu hiện sinh lý và sinh thái bao gồm sinh lý quang hợp, động lực khí khổng, chỉ số trao đổi chất sinh hóa, v.v. (hình ảnh huỳnh quang diệp lục, hình ảnh quang phổ cao, hình ảnh nhiệt hồng ngoại)

2) Công nghệ hình ảnh huỳnh quang FluorCam Chlorophyll hàng đầu thế giới, là công nghệ phân tích cần thiết cho các đặc điểm chức năng sinh lý của cây trồng, nguồn sáng LED thông minh cung cấp ánh sáng đo lường điều chế có thể tự động đo ánh sáng vào ban ngày để đo huỳnh quang chlorophyll và hiệu quả quang hợp trong điều kiện thích ứng ánh sáng; Được trang bị ống kính hình ảnh huỳnh quang diệp lục có độ nhạy cao độc đáo, diện tích hình ảnh lên tới 35cm x 35cm (80cm x 80cm tùy chỉnh của khách hàng), đây là thiết bị kỹ thuật lớn nhất trên thế giới về diện tích hình ảnh huỳnh quang diệp lục đơn

3) Nó có thể được cài đặt trên máy kéo để phân tích hình ảnh tự động di động, hoặc nó cũng có thể được cài đặt trên nền tảng chạy tự động chuyên dụng để tự động chạy dọc theo đường ray dải mẫu trong khi chụp ảnh quét tự động phủ sóng đầy đủ và phân tích trực tuyến

4) Phân tích kiểu hình nền tảng dữ liệu lớn, bao gồm kiểm soát hệ thống, thu thập dữ liệu, phân tích xử lý dữ liệu và hiển thị trực tuyến trực quan, cơ sở dữ liệu, v.v.

5) Hỗ trợ kỹ thuật của nhóm chuyên gia tại Trung tâm nghiên cứu kiểu hình PSI, tổ chức Hội thảo kiểu hình thực vật thế giới mỗi năm một lần tại Hoa Kỳ và Châu Âu

6) Nền tảng phân tích kiểu hình thông lượng cao PhenoUAS Drone dựa trên công nghệ máy bay không người lái (UAV-based) có thể được trang bị tùy chọn để phân tích kiểu hình dựa trên mặt đất scalling-up đến phân tích kiểu hình nhanh trên các khu vực rộng lớn trên không

7) Trạm giám sát khí tượng đất có thể được tùy chọn để phân tích toàn diện mối quan hệ giữa điều kiện môi trường và đặc điểm kiểu hình

8) Tùy chọn hệ thống giám sát sinh thái sinh lý thực vật, giám sát đồng bộ quang hợp thực vật và tăng trưởng trái cây và các thông tin khác

9) Nó có thể được tùy chọn để cân lưu vực kỹ thuật số tự động, để cân chính xác, giám sát độ ẩm đất, tưới tự động, v.v.

Các chỉ số kỹ thuật chính:

1. Tất cả trong một nền tảng phân tích hình ảnh tự động đa chức năng, tích hợp nguồn sáng LED thông minh và mô-đun hình ảnh huỳnh quang chlorophyll, mô-đun phân tích hình ảnh RGB và các mô-đun hình ảnh tùy chọn khác như hình ảnh nhiệt hồng ngoại, quét laser LiDAR, phổ cao và các mô-đun hình ảnh khác, chạy tự động thông qua hệ điều hành, lưu trữ phân loại tự động, phân tích trực tuyến tự động, v.v.

2. Phân tích hình ảnh huỳnh quang diệp lục (tiêu chuẩn):

a) Nguồn sáng kích thích LED thông minh 3 màu, ánh sáng đo xung 620nm, ánh sáng quang hóa trắng và ánh sáng bão hòa tối đa, ánh sáng hồng ngoại 735nm để đo Fo', v.v.

b) Nguồn sáng màu xanh có thể được tùy chọn với bánh xe lọc 7 chữ số để đo huỳnh quang đa dải đa phổ như đo hình ảnh GFP

c) Cảm biến hình ảnh huỳnh quang CCD chlorophyll có độ nhạy cao, tần số khung hình lên đến 50fps, chụp hiệu quả chuyển tiếp huỳnh quang chlorophyll, độ phân giải 720x560 pixel, A/D 12 bit, có chế độ video và chế độ chụp nhanh; Tùy chọn với CCD độ phân giải cao, độ phân giải 1360x1024, tần số khung hình 20fps, A/D 16 bit

d) Khu vực hình ảnh đơn 35x35cm

e) Các thông số đo hình ảnh: có thể thực hiện các phép đo thích ứng tối vào ban đêm và các phép đo thích ứng ánh sáng ban ngày, các thông số đo bao gồm Fo, Fm, Fv, Fo’, Fm’, Fv’, Ft, Fv/Fm, Fv’/Fm’, Phi_PSII, NPQ, qN, qP, Rfd Các thông số huỳnh quang isochlorophyll để phân tích hiệu quả quang hợp thực vật, phù hợp, căng thẳng sinh học và phi sinh học và kháng cây trồng, khả năng phục hồi, v.v.

f) Fv/Fm, hiệu ứng cảm ứng Kautsky, phân tích dập tắt huỳnh quang và các chương trình đo tự động hoàn chỉnh khác (protocols) và các thông số đo, chẳng hạn như chương trình Fv/Fm Thời gian đo chỉ cần 10 giây

g) Phân tích trực tuyến dữ liệu huỳnh quang diệp lục, bao gồm biểu đồ cột, biểu đồ tham số đo lường, bảng dữ liệu, v.v., với các chức năng như phân chia hình ảnh tùy chỉnh, có thể thực hiện phân tích động đa thông số ở các quy mô thời gian khác nhau (như ngày, tháng, toàn bộ mùa tăng trưởng, v.v.)

h) là hình ảnh đồng bộ hai chiều thực sự, thông số huỳnh quang chlorophyll thu được là thông số phân phối hai chiều thực sự dựa trên điểm ảnh, tránh đơn giản hóa "hình ảnh cảm ứng laser" (ưu điểm là nhẹ, tiết kiệm điện) chỉ là hình ảnh một chiều (điểm hoặc đường), không thể đồng bộ hóa hình ảnh hai chiều, dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường (chẳng hạn như gió thổi gây ra lỗi nghiêm trọng), thông số hình ảnh chỉ là tham số mô phỏng (theo tốc độ quét laser nhanh và chậm để đo huỳnh quang không phải là huỳnh quang tối thiểu và huỳnh quang tối đa thực sự, thông số thu được "sản lượng lượng tử ánh sáng" chỉ là mô phỏng sản lượng lượng tử ánh sáng cần phải được hiệu chuẩn với các thông số sau khi sử dụng), thông số đo duy nhất (chỉ có thể nhận được các phép đo huỳnh quang nhanh và chậm và huỳnh quang Thông số sản phẩm Thông tin sản phẩm Bình Luận( Các vấn đề như thiếu kỹ thuật (không tìm thấy tài liệu tham khảo)

i) là phương tiện kỹ thuật được sử dụng rộng rãi nhất và được công bố nhiều nhất trên thế giới để phân tích kiểu hình thông lượng cao của thực vật

3. Phân tích hình ảnh RGB (tiêu chuẩn): Phân tích hình ảnh có thể được thực hiện về hình dạng của cây, màu xanh lá cây, v.v., độ phân giải 5Mpx, và phân tích thống kê có thể được thực hiện tự động về số lượng hoa thực vật, xới lúa, v.v., các thông số đo phân tích chính bao gồm:

Diện tích lá (Leaf Area: Useful for monitoring growth rate)

Ratio between the area covered by the plant's convex hull and the area covered by the actual plant (Mức độ chặt chẽ của khu vực được bao phủ bởi nhà máy)

Leaf Perimeter: Particularly useful for the basic leaf shape and width evaluation (Chu vi lá: hợp nhất với vùng lá)

Độ lệch tâm (Eccentricity: Plant shape estimation, scalar number, eccentricity of the ellipse with same second moments as the plant) (0...circle, 1...line segment)

Roundness: Based on evaluating the ratio between leaf area and perimeter: Cho thông tin về vòng tròn lá

Medium Leaf Width Index: Leaf area proportional to the plant skeleton (i.e. reduction of the leaf to line segment) – Chỉ số độ rộng lá

Độ dài lưỡi SOL (Slenderness of Leaves)

Diameter of a circle with the same area as the plant (Đường kính vòng tròn của một vòng tròn với khu vực giống như nhà máy)

Diện tích bề mặt lồi (Convex Hull Area – Useful for compactness evaluation)

Trung tâm khối lượng thực vật (particularly useful for the eccentricity evaluation)

Chỉ số phẳng (Flattening index)

Tốc độ tăng trưởng tương đối (Relative growth rate)

13) Chỉ số độ xanh và phân loại (xanh đậm, xanh khỏe mạnh, xanh nhạt, v.v.)

Phân loại màu sắc (Color Segmentation for Plant Fitness Evaluation)

B5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2)

4. Phân tích quét laser 3D (tùy chọn): được sử dụng để phân tích kiểu hình cấu trúc thực vật, tính toán các thông số cấu trúc hình thái khác nhau như cấu trúc thực vật, sinh khối, số lượng lá, diện tích lá, góc nghiêng lá, chiều cao cây thông qua phân tích tự động mô hình đám mây điểm

5. Phân tích hình ảnh nhiệt hồng ngoại (tùy chọn): Máy đo nhiệt micrometric mảng mặt phẳng tiêu cự, độ phân giải 640 × 480 pixel, dải 7,5-13 μm, phạm vi nhiệt độ -20-120 ℃, độ phân giải<0,05 ℃ @ 30 ℃/50mK, diện tích hình ảnh 35x35cm, được sử dụng để hình ảnh cây trồng trong điều kiện bức xạ ánh sáng phân chia nhiệt độ vành đai, và phân tích động lực học của độ xốp khí, căng thẳng hạn hán và đánh giá khả năng chống hạn hán của cây, vv, tản nhiệt tốt có thể làm cho cây chịu được bức xạ ánh sáng cao hoặc điều kiện nước thấp trong một thời gian dài (hạn hán)

Phân tích hình ảnh quang phổ cao (tùy chọn): dải bước sóng 380-1000nm, dải phổ 675, có thể hình ảnh và phân tích Chỉ số chuẩn hóa (NDVI), Chỉ số tỷ lệ đơn giản (Simple Ratio Index, Equation: SR=RNIR/RRED), Chỉ số phản xạ hấp thụ chất diệp lục được cải thiện (Modified Chlorophyll Absorption in Reflectance Index (MCARI1),Chất lượng: MCARI1=1.2 * [2.5 * (R790-R670) - 1.3 * (R790-R550)]), Chỉ số thực vật điều chỉnh đất tối ưu (OSAVI) 
 Equation: OSAVI=(1+0.16) * (R790-R670)/(R790-R670+0.16)), Chỉ số phản xạ thực vật quang hóa (Photochemical Reflectance Index)x (PRI), Equation: PRI=(R531-R570)/(R531+R570))

7. Nền tảng di động trong lĩnh vực này: nền tảng cánh tay 12m span, nền tảng hình ảnh đa chức năng có thể tự động quét phân tích hình ảnh trên nền tảng di động bên trái và bên phải, có thể tự động quét dải mẫu có chiều rộng lên đến 10m, mỗi lần quét khu vực hình ảnh có thể đạt 10x0,35m (3,5m2), thời gian hoàn thành một lần quét từ dưới 1 phút đến vài phút (tùy thuộc vào chương trình đo lường thực nghiệm Protocol), nền tảng di động có thể chạy tự động dọc theo đường ray, khoảng cách chạy về nguyên tắc không giới hạn (giới hạn bởi chiều dài đường ray); Chiều cao nền tảng di động 2,5m, chiều cao nền tảng hình ảnh đa chức năng có thể điều chỉnh để phù hợp với phân tích hình ảnh cây trồng ở các độ cao khác nhau; Nền tảng di động 4 bánh xe cao su có thể tự động chạy trên đường ray thông qua hệ thống điều khiển và tự động quét hình ảnh, cũng thuận tiện cho việc di chuyển trên mặt đất nói chung, uốn và như vậy, đối với nguyên mẫu 75x20m, nền tảng di động có thể tải nền tảng hình ảnh đa chức năng để hoàn thành dải mẫu 75x10m cùng một lúc, sau đó uốn tay sau đó tự động hoàn thành phân tích hình ảnh của nửa còn lại 75x10m; Được trang bị hệ thống GPS với độ chính xác lên đến 2cm, thông qua phần mềm tự động ghi lại dữ liệu đo lường, vị trí, thời gian, v.v., có thể được cung cấp bởi máy phát điện diesel để điều khiển toàn bộ nền tảng di chuyển

8. Mạng cảm biến đo lường môi trường có thể được tùy chọn, tự động theo dõi hồ sơ cải cách hành chính, nồng độ CO2 môi trường, nhiệt độ và độ ẩm không khí, lượng mưa và độ ẩm của đất, v.v.

Ký hợp đồng cung cấp Phần mềm tính toán định lượng rủi ro ngoài khơi – Safeti Offshore cho Trung tâm nghiên cứu và phát triển An toàn và Môi trường Dầu khí (CPSE) (

1) Giao diện đồ họa thân thiện với người dùng

2) Chức năng định vị GPS có thể thực hiện phân phối thông tin không gian và phân tích mô hình phân phối thời gian không gian

3) Tất cả các loại Protocols trưởng thành đã được xây dựng, có chương trình đo lường tự động do người dùng xác định, có thể chỉnh sửa (protocols), tự động hoàn thành tất cả các thí nghiệm theo chương trình cài đặt người dùng. Kết quả dữ liệu được lưu trữ và phân tích tự động, kết quả dữ liệu được phân tích có thể được hiển thị tự động dưới dạng đường cong động

4) Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu MySQL, có thể xử lý cơ sở dữ liệu lớn với hàng chục triệu bản ghi, hỗ trợ nhiều công cụ lưu trữ, dữ liệu liên quan được tự động lưu trữ trong các bảng khác nhau trong cơ sở dữ liệu

5) Tất cả các phép đo có sẵn với chương trình mặc định, cũng có thể tạo quy trình làm việc tùy chỉnh thông qua các công cụ phát triển hoặc hoạt động thủ công nguồn sáng LED bật hoặc tắt, hình ảnh quét RGB, hình ảnh huỳnh quang diệp lục, v.v.

6) Các chương trình thử nghiệm (Protocols) có các phím bắt đầu, kết thúc và tạm dừng

7) Hệ thống có thể được điều khiển từ xa không dây qua Internet, cho phép người dùng truy cập từ xa qua Internet, tiến hành xử lý dữ liệu, tải xuống và thay đổi thiết kế thử nghiệm, có chức năng phân loại quyền người dùng, ngăn chặn người khác thao tác sai ảnh hưởng đến thử nghiệm

Nguồn gốc: PSI Châu Âu

Trường hợp ứng dụng:

Ứng dụng FluorCamKỹ thuật huỳnh quang diệp lục, theo dõi lâu dài các mùa khác nhau của thực vật trong tự nhiên, đồng thời theo dõi quang hợp thực vật (đồng hóa CO2) A, kết quả xem hình dưới đây. FluorCam công nghệ huỳnh quang chlorophyll sử dụng công nghệ điều chế xung ánh sáng kích thích, cảm biến CCD nhạy cảm cao (tần số lấy mẫu lên đến 50 lần/giây) và nguồn sáng LED thông minh, có thể có diện tích lớn (35x35cm mỗi khung hình tiêu chuẩn) Phân tích hình ảnh thực vật/cây trồng, trong tự nhiên vừa có thể tiến hành phân tích hình ảnh huỳnh quang chlorophyll trong điều kiện thích nghi tối vào ban đêm, cũng có thể tiến hành phân tích hình ảnh huỳnh quang chlorophyll trong điều kiện thích ứng ánh sáng môi trường, so với đo huỳnh quang chlorophyll gây ra bằng laser đơn giản (thông qua một chùm các đốm hoặc nguồn ánh sáng đơn sắc kích thích tuyến tính kích thích huỳnh quang chlorophyll và thực hiện đo lường, ưu điểm là tiết kiệm điện và có thể nhẹ hơn) có nhiều lợi thế chức năng, không chỉ có nhiều thông số đo lường, có thể thực hiện các quy trình thí nghiệm huỳnh quang chlorophyll khác nhau để phân tích hình ảnh đo lường, mà còn một lần hình ảnh hai chiều (phân tích hình ảnh thực sự) tránh kích thích ánh sáng điểm hoặc tuyến tính gây ra bởi các phép đo huỳnh quang chlorophyll Các vấn đề như đồng bộ, độ phân giải thổi đồng bộ, v. v.

Kèm theo: Các hệ thống phân tích hình ảnh dã ngoại khác:

1)PhenoUASDrone High Flux Daejeon Crop Phân tích kiểu hình nền tảng

2)FluorCamHệ thống phân tích hình ảnh Chlorophyll huỳnh quang di động với RGB

3)FluorCamThiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (