WIWAM溫室植物表型溫室成像平臺

WIWAM植物表型成像系統由比利時SMO公司與Ghent大學VIB研究所研制生產，整合了LED植物智能培 養、自動化控制系統、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、 自動條碼識別管理、RGB真彩3D成像等多項*技術，以優化的方式實現大量植物樣品——從擬南芥、玉 米到各種其它植物的*生理生態與形態結構成像分析，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、植物生長分析測量、生態毒理學研究、性狀識別及植物生理生態分析研究等。將大規模自動化理念和工業級零件和設備整合入植物成像系統的廠家，SMO公司在植物表型成像分析領域處于的技術前列，大面積葉綠素熒光成像分析功能使WIWAM成為植物表型分析與功能成像分析領域較為*儀器設備，植物生長、脅迫響應等測量參數達幾百個。目前WIWAM植物表型平臺分為WIWAM XY， WIWAM Line以及WIWAM Conveyor 3個系列。高通量田間植物表型平臺也在開發中。

WIWAM Conveyor是一款機器人集成解決方案，作為高通量可重復表型平臺，可用于大型植物，如玉米研究。該機器人可進行自動灌溉，能定期對多種植物生長參數測量。WIWAM Conveyor代替了很多人工操作，省時省錢，精度高。該WIWAM機器人由傳送帶網組成，能將植物傳送到1或多臺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。全套系統可以安裝在現有溫室，由高品質工業部件構 成。典型應用是種植在各自花盆內的植物表型篩查。這些花盆在傳送帶系統上以小車運輸。花盆和小車均有*識別碼 (分別QR和RFID碼)，可將其從固定生長區域傳送到稱重和灌溉站以及成像柜，每個植株均可進行進行個性處理。成像平臺是封閉區域，配有適合照像的光照條件，配有旋轉平臺提升裝置，可從不同觀察 角度獲得穩定圖像，聚焦遠處感興趣部分。成像柜可以容納一系列照相系統，用于非損害性圖像獲取。 稱重和灌溉站位置，植物在澆水時旋轉，在花盆內獲得水分布。灌溉精度*，可達+/-1mL。澆水 后，可應用容器中準備好的不同溶液。另外，灌溉基于目標重量計算或固定量計算。此方法可保證整個 實驗中的土壤精確濕度水平。可通過集成光、溫度和濕度傳感器監控環境，詳細記錄實驗生長條件。 該系統的特別之處在于包括1個“處理區”，系統可以選取和檢索號碼的屬于特定基因組或處理的植 株。系統用戶可進入操作區，可觀察植物或人工操作植物，如測量特定植物性狀，或提取部分植物做分子或 化學分析。系統另外一特征是可將外部植物加載到系統中，例如可將生長在另外一間溫室或生長箱中的植物 放到稱重和灌溉站進行成像和（或）處理。

WIWAM Conveyor使用

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聯的進程要緩慢的多，這表明植物表型是理 解基因編碼過程以及應用該知識改善作物產量的主要瓶頸。*表型工作是耗勞力和技術挑戰性 的部分，成本高且耗時。但該“表型瓶頸”已可通過集成新型圖像獲取技術、機器人技術、圖像分析技術以 及數據處理技術解決。WIWAM Conveyor 集成了這些技術，替代了很多人工處理。該植物表型平臺可集成到 多個研究領域，包括植物生長調節、耐旱研究、植物生理、鹽堿或重金屬脅迫反應等。也可用于研究化學物 影響或在不同光照條件，營養水平或土壤類型下，研究化學物影響。

WIWAM溫室植物表型溫室成像平臺配置／技術指標

Conveyor可將植物通過傳送帶移動進行成像分析，設計用于可容納植物高1500mm和1000mm寬。 行間中心距離是600mm。大小可根據客戶定制，植物高度<150cm。

葉綠素熒光成像（選配）：鏡頭分辨率6Ma像素，CCD傳感器，大幀速20fps，輸出16bit，光譜 350~900nm，測量紅色、藍色和白色LED光，165cm光強為0～1500μmol m-2 s-1，6位濾波輪。

RGB成像（選配）：高靈敏度成像傳感器KAI-CCD，分辨率4008x2672像素，大幀速39fps，像素大小9.0μ m，輸出24 bit，自動或手動曝光和白平衡等，成像信息包括時間和位置等、視頻虹膜控制、虹膜變焦控制、圖像 疊加、圖像增強、伽瑪校正、數據校對、缺陷/熱像素校對 (靜態；動態)、FFC、黑色位準、縱向涂片。

高光譜成像單元（選配），1000-2500nm（SWIR）鏡頭或400-1000nm（VNIR）鏡頭，視野 150x100cm。

熱成像單元（選配）：分辨率640x480像素，溫度范圍–20～+150°C，0～+650°C，靈敏度 NETD<0.05°C@30°C/50mK。

濕度&溫度（選配）：可在溫室安裝溫度&濕度傳感器，這些傳感器可測量溫度和相對濕度，是研究 非常有價值的參數 。數據儲存在數據庫中。

PAR 光測量（選配）：可在溫室內安裝PAR 光強度傳感器。這些PAR傳感器可測量光強度，是做研 究很有價值的參數。 光平均數據定期儲存在數據庫內。

UPS（選配）：一些情況下，設施可能斷電 。UPS可以預防系統不可控斷電時關閉， 多數元件可保 持在24V，計算機為230V 。如果你的電源非常穩定，無需備用，但我們推薦良好的UPS 系統來避免斷電 造成的損失。

備取景相機（選配）：系統里有很多植物移動，對該情況有個監控。科學家可以從遠方監控系 統(控制室或家里)，額外相機是很好的備選。配備該相機，系統可以通過互聯網進行監控。

壓縮機（選配）：系統需要壓縮空氣。所有制停器和推進器以及澆水站提升裝置均需要穩定壓力以 確保良好操作。

系統控制與數據采集分析系統：PIPPA用戶友好的圖形界面，用戶定義、可編輯自動測量程序、控 制單元有主電源開關、緊急關閉、啟動開關、暫停鍵、移動鍵等，用戶名和密碼保護。

暗適應隧道（選配）：大植株系統安裝在溫室中，僅僅有部分照明控制。按照多數科研工作要求， 該隧道不常使用。 植物可在夜間進行暗掃描，以避免白天運行長時間等待，避免額外成本,但根據設置， 暗適應隧道 (10-15 分) 可能有用。暗適應隧道可以安裝在位于緩沖線和成像柜進口之間的分發線上。這 種情況下，我們可打開柜子位置，植物可*入熒光成像柜子。隧道包括在入口包括雙側門，確保隧道 內*黑暗。

NIR近紅外成像單元（選配）：可成像采集1450～1600nm水吸收波段，以反映植物水分狀況，在 供水充沛情況下表現出高NIR吸收值，干旱脅迫情況下則表現出高NIR反射，NIR假彩色成像可以通過軟 件反映和分析植物水分狀況。

可見光成像

分辨率                                           4008 x 2672  (std.)，4032 x 2688 (max.)像素

圖像傳感器                                       KAI-11002，CCD

像素大小                                         9.0 x 9.0µm

大幀率                                         39 fps

數據傳輸                                         千兆以太網

RGB圖像大小                                      >6.3M

輸出格式                                         Mono CCD：8、10、12、14-bit (僅單) ； Color CCD：8、10、12、RGB 24rmats

鏡頭卡口                                         F-接口 (默認)，備選以及定制 OEM等

尺寸                                             60mm x 60mm x 45.1mm（或65.2）

重量                                             350g或 372g或 503g或 354g

視頻虹膜控制                                     自動可編程

虹膜變焦控制                                     手工用戶編程

工作環境                                         溫度：-40℃ ~ +85℃，操作：-50℃ ~ +90℃ ，儲存：10% ~ 90% ，非冷凝

UV防護                                           可耐受全日照的UV強度

平均故障間隔時間                                 >660000 小時 @ 40℃ (Telcordia SR-332)

低光照                                         1 L.4ux，F/ 1

內置DDR記憶                                      2Gb (256MB)

數據校對                                         缺陷/熱像素校對 (靜態、動態)、FFC、黑色位準、縱向涂片

葉綠素熒光和GFP熒光成像系統

鏡頭類型                                         優質

傳感器類型                                       科學冷卻CCD

曝光時間                                         200µs~3h

像素大小                                         6Mp

幀率                                             2 幀/秒，6 Mp；20幀/秒，10x10 binning

數據傳輸                                         千兆以太網

f-數                                             0.95~16

景深                                             50~100cm

焦距                                             17或25 mm  

視角                                             水平：39.3°；垂直：32°

計算機控制                                       聚焦以及虹膜

Binning                                          1x1~10x10

灰度值                                           16 bit或65536 灰度值/像素

過濾器數量                                       光學過濾器6個位置(>OD6 blocking)            

光譜范圍                                         35 mm x90 mm

工作溫度                                         5 ~ 40℃

激發光源                                         LED二極管