植物病害表型成像診斷系統(tǒng)-Videomete多光譜表型成像平臺

隨著植物表型組學(xué)的發(fā)展，很多植物表型研究的圖像處理分析方法廣泛應(yīng)用到了植物病害表型研究、診斷和指紋圖譜建設(shè)中，在所有的技術(shù)中，基于機(jī)器視覺的多光譜表型成像技術(shù)已經(jīng)成為熱點(diǎn)，其中丹麥Videometer公司開發(fā)的Videometer多光譜成像系統(tǒng)代表了植物病害表型研究標(biāo)準(zhǔn)之一。

植物病害阻礙植物正常生長,對蔬菜產(chǎn)品品質(zhì)安全造成威脅,病害檢測可以有效控制植物病害發(fā)展,是提高果蔬品質(zhì)安全和可持續(xù)生產(chǎn)能力的一個重要途徑。所有的綠色植物在受到紫外光或可見光激發(fā)時,都會發(fā)出可見光波段的熒光。基于植物熒光的成像技術(shù),是利用計算機(jī)模擬人眼的視覺功能,在不破壞植株外觀且不影響其生長的情況下,獲取植物的熒光圖像,并通過圖像處理算法,對植物的健康狀況做出判斷。

Videometer公司開發(fā)出的VideometerLab多光譜熒光成像系統(tǒng)可獲取植物內(nèi)部信息、外部表型信息，受溫濕度影響小、不局限于晴天采集等優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)配有19波段，設(shè)計采用了光照均勻的積分球混合光源照明，是一款利用標(biāo)準(zhǔn)觀測環(huán)境的適時、無損檢測的多光譜成像系統(tǒng)，經(jīng)過驗證，這種多光譜成像系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定地重建出目標(biāo)的光譜信息和顏色信息。利用該系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)植物病害圖譜建設(shè)。準(zhǔn)確重建被測目標(biāo)的顏色信息對實(shí)現(xiàn)可靠的植物病蟲害診斷具有十分重要的意義。國內(nèi)外已經(jīng)有專家把多光譜成像技術(shù)應(yīng)用于植物病蟲害診斷,所采集的多光譜圖像可以從光譜維和圖像維反映被測目標(biāo)的特征信息。多年研究和實(shí)踐證明這種多光譜成像系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定地重建出目標(biāo)的光譜信息和顏色信息，該顏色重建符合CIE色域空間標(biāo)準(zhǔn)；除了常規(guī)的葉片以及病斑分析，針對植物病害比較微觀的特點(diǎn)，Videometer還開發(fā)出了VideometerMic多光譜顯微表型測量系統(tǒng)，對植物病害如真菌孢子等，進(jìn)行顯微角度多光譜測量。

種子病害研究

歐洲法律了特點(diǎn)的污染物，如來源于真菌Maxiumgehalten的霉菌毒素。該立法的目的是確保更好的保護(hù)公眾健康。產(chǎn)生毒素的鐮刀菌通?？稍诠任锷险业?，人體每日允許攝入量僅為1 Μ g/kg體重。傳統(tǒng)的真菌鑒別法耗時、耗力、昂貴。在傳統(tǒng)方法中，通過測量生成毒素來檢測真菌。通常需要在梯度溫度和濕度水準(zhǔn)下進(jìn)行無氧培養(yǎng)。Videometerlab使用了可見光和近紅外NIR波段（360-1050nm）多光成像技術(shù)，可直接測量真菌量。利用VideometerLab'多光譜測量系統(tǒng)，可以介紹成本，高效率測量真菌，省去培養(yǎng)時間。結(jié)合鐮刀菌真菌校準(zhǔn)方法，可在10秒內(nèi)檢測出谷物真菌。

無污染      鐮刀菌感染

當(dāng)然Videometerlab也可校準(zhǔn)用于其它真菌。很顯然該設(shè)備極為適合對谷物、咖啡、奶酪以及其它食品的等進(jìn)行品質(zhì)監(jiān)控。另外，該設(shè)備還可用微生物學(xué)研究，可在培養(yǎng)皿中對菌落計數(shù)。

在種子工業(yè)領(lǐng)域使用快速、省時的健康診斷和鑒別技術(shù)將極大加速分析、特征描述以及新品系應(yīng)用。研究人員利用多光譜成像技術(shù)以及單粒近紅外光譜分析法 (SKNIR) 來測量冬小麥健康以及區(qū)分冬小麥品系 (Triticum aestivum L.) 以及冬小黑麥。

使用VideometerLab多光譜成像系統(tǒng)（(405–970 nm 波長)可區(qū)分鐮刀菌（Fusarium sp.）以及黑點(diǎn)病感染的種子表面。另外可結(jié)合SKNIR法來基于光譜特征不同來區(qū)分36個品系。

健康種子與感染種子的比較圖像比較

圖中種子被黑點(diǎn)病(Alternaria sp.) 和鐮刀菌感染（Fusarium sp.）(A) RGB-圖像(B) nCDA-轉(zhuǎn)換圖(C) 種子培養(yǎng)后RGB圖像，

植物病害研究

歌本哈根大學(xué)利用高通量多光譜植物表型平臺進(jìn)行大麥白粉病的研究。

該VideometerLab 4多光譜成像系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于植物病害研究，例如10秒內(nèi)完成對鐮刀菌感染的掃描。

該多光譜成像系統(tǒng)未采用傳統(tǒng)的耗時的樣品制備過程，避免使用化學(xué)品以及昂貴耗材。鐮刀菌是一種真菌疾病，通常感染小麥、大麥、燕麥、黑小麥的種子、芽、整個植株等。鐮刀菌真菌導(dǎo)致的癥狀通常稱為穗枯病。穗枯病常導(dǎo)致減產(chǎn)，但主要的是在種子里生成霉菌毒素。霉菌毒素對人和動物都有害，在歐盟，強(qiáng)制要求對作物鐮刀菌進(jìn)行限制。為省時省力，專門設(shè)計的VideometerLab 4非常易于操作。對作物樣品鐮刀菌分析可分為3步。提取代表樣品并將其放置在培養(yǎng)皿中，將培養(yǎng)皿插到VideometerLab 4支架上，啟動測量。

利用頻閃LED技術(shù)，VideometerLab 4將同時拍攝19個波段的照片365 nm - NIR 970 nm)。10秒內(nèi)，鐮刀菌感病程度將直接以假彩圖顯示，桔色或紅色區(qū)域來指示感染程度。系統(tǒng)可計算總體感染率。

系統(tǒng)可高精度檢測葉斑感染，例如可從接種12天開始以及在出現(xiàn)明顯癥狀前12天對整個油菜植物進(jìn)行成像。研究中可利用假彩色光譜植被指數(shù)來對疾病程度進(jìn)行定量、顯示分布。另外，可對植物結(jié)構(gòu)進(jìn)行光學(xué)檢測。另外還可利用其它相機(jī)重建葉片角度以及表型紋理。

多光譜成像系統(tǒng)可高精度檢測葉斑病，該多光譜成像系統(tǒng)可廣泛用于植物育種領(lǐng)域來選擇抗性品系。

除了較宏觀角度多光譜成像系統(tǒng)，VideometerMic可以對微觀層面真菌、細(xì)菌等進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)顯微多光譜成像。

北京博普特科技有限公司是丹麥Videometer公司中國區(qū)總代理，全面負(fù)責(zé)其系列產(chǎn)品在中國的市場推廣、銷售和售后服務(wù)。

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