室内植物表型成像系统WIWAM conveyor

WIWAM植物表型成像系统由比利时SMO公司与Ghent大学VIB研究所研制生产，整合了LED植物智能培养、自动化控制系统、叶绿素荧光成像测量分析、植物热成像分析、植物近红外成像分析、植物高光谱分析、植物多光谱分析、植物CT断层扫描分析、自动条码识别管理、RGB真彩3D成像等多项先进技术，以优化的方式实现大量植物样品——从拟南芥、玉米到各种其它植物的全方位生理生态与形态结构成像分析，用于高通量植物表型成像分析测量、植物胁迫响应成像分析测量、植物生长分析测量、生态毒理学研究、性状识别及植物生理生态分析研究等。

SMO机械设备制造与设计工程公司是一家将大规模自动化理念和工业级零件和设备整合入植物成像系统的厂家，在机械自动化以及机器视觉成像领域拥有丰富的设计和实践经验，为欧洲客户提供机械设计解决方案，SMO公司将机械领域的先进理念带入了植物表型机器人领域，所采用的配件均为工业界广泛认可的高品质配件，耐受苛刻环境，另外表型设备领域的诸多自动化配件，均由SMO公司自主设计，因公司拥有极为强大的工程师团队，基于工业领域的丰富经验，可针对不同客户需求，一般2-3周就可以提供极复杂表型成像系统的解决方案。目前WIWAM植物表型平台分为WIWAM XY，WIWAM Line以及WIWAM Conveyor3个系列，同时还提供WIWAM Boxing柜式成像系统，也提供野外表型成像系统设计方案。

高通量植物表型成像系统WIWAM conveyor产品介绍

WIWAM conveyor是一款集成机器人解决方案，用于高通量可重复表型平台，用于大型植物如玉米。该机器人可进行自动灌溉，允许定期对多种植物生长参数测量。WIWAM Conveyor代替了很多手工操作，省时省钱，精度高。该WIWAM机器人传送带网络组成，可将植物传送到1或多台称重浇水站以及成像柜，成像柜中安装有一系列的非损害性照相系统。全套系统可以安装在现有温室，由高品质工业部件构成。典型应用是植物种植在不同各自花盆内。这些花盆在传送带系统上以小车运输。花盆和小车均有少有识别码(分别QR和RFID码)，从其固定生长区域传送到称重和灌溉站以及成像柜，都可对每植株进行个性处理。成像平台是封闭区域，配有适合照像的光照条件，配有旋转平台提升装置，可从观察角度稳定获得图像，聚焦远处感兴趣部分。成像柜可以容纳一系列照相系统，用于非损害性图像获取。

称重和灌溉站位置，植物在浇水时旋转，以在花盆获得较佳水分布。灌溉精度较高可达+/-1mL。浇水后，可应用指定容器中准备好的不同溶液。另外，灌溉可以基于对目标重量计算或固定量。这方法可以保证在整个实验中的有效土壤湿度水平。通过集成光、温度和湿度传感器监控环境，详细记录实验生长条件。 

该系统的精明之处在于包括1个处理区，系统可以提取和检索所需号码的属于特定基因组或处理的植株。系统用户可进入操作区，可视觉观察植物或手工操作植物，如测量特定植物性扎状，或提取部分植物做分子或化学分析。系统另外一精明特征是可将外部植物装载到系统中，例如生长在另外一间温室或生长箱中的植物，可将其在称重和灌溉站成像和/或处理。

高通量植物表型成像系统WIWAM conveyor特点

称重和灌溉站位置，植物在浇水时旋转，以在花盆获得较佳水分布。灌溉精度较高可达+/-1mL。浇水后，可应用指定容器中准备好的不同溶液。另外，灌溉可以基于对目标重量计算或固定量。这方法可以保证在整个实验中的有效土壤湿度水平。通过集成光、温度和湿度传感器监控环境，详细记录实验生长条件。

该系统的精明之处在于包括1个处理区，系统可以提取和检索所需号码的属于特定基因组或处理的植株。系统用户可进入操作区，可视觉观察植物或手工操作植物，如测量特定植物性扎状，或提取部分植物做分子或化学分析。系统另外一精明特征是可将外部植物装载到系统中，例如生长在另外一间温室或生长箱中的植物，可将其在称重和灌溉站成像和或处理。

成像系统优势

所有表型平台均为SMO工程部门自主设计、针对课题组的研究项目快速、准确提供技术方案，设备中诸多备件为自主生产和设计；公司软件设计团队针对具体项目提供有针对性的WIWAM定制软件；SMO和VIB自主开发PIPPA 数据管理、视觉成像和分析软件，系统高效处理整个实验设计的大数据；PIPPA 软件可安装在网络服务器上（包括专有用户管理系统），网络中每个计算机均可操作；在PIPPA软件内，可集成整合外来分析数据和文本；易于获取数据库和原始图像数据；与客户自有IT技术设施进行整合；针对客户对表型设备运行环境了解欠缺的事实，提供表型设备生长室、温室建设交钥匙设计方案，实现环境参数如照明、温度、湿度等控制，提供一站式表型研究解决方案；专门技术人员维护设备、定期指导维护硬件；官方代理密切沟通服务、提供支持反馈；自主电路设计、建筑内电柜设计、机械电缆布线以及PLC管理所有室内设施，将工业领域理念灌输到科研中；多篇利用WIWAM系统进行研究的文章发表在期刊如Nature Biotechnology等上面；迅速增长的用户群；采用开放式框架设计，可整合市面上的所以种类成像模块。

应用领域

遗传资源和序列数据快速积累，但将该信息与基因功能相关联的进程要缓慢的多，这表明植物表型是理解基因 编码过程以及应用该知识改善作物产量的主要瓶颈。众所周知表型工作是最耗劳力和具技术挑战性的部分，成本高且耗时。但该“表型瓶颈”已可通过集成新型图像获取技术、机器人技术、图像分析技术以及数据处理技术解决。WIWAM 植物表型成像系统集成了这些技术，替代了很多人工处理。该植物表型平台可应用到多个研究领域，包括植物生长调节、耐旱研究、植物生理、盐碱或重金属胁迫反应等。也可在不同光照条件，营养水平或土壤类型下，研究化学物影响.

产品可选配模块

可见光RGB成像模块

可见光RGB成像是所有高通量植物表型平台的核心部分，它分辨率高、测量快速、科研中应用较多、发表文章较多，可以捕获与植物生长和发育相关的大量参数。此外，它们可以提供植物形态和结构的测量，并且包含颜色信息。参数如下：

叶面积、植物紧实度／紧密度、叶片周长、偏心率、叶圆度、叶宽指数、植物圆直径、凸包面积、植物质心、节间距、生长高度、植物三维最大高度和宽度、相对生长速率、叶倾角、节叶片数量。

叶绿素荧光成像模块

叶绿素荧光成像属于定制化设计，成像面积范围是从30x30cm到200x200cm，是目前适合大型植物植株成像的荧光成像系统。它可以顶部成像，也可以侧面成像，甚至顶部和侧面都成像；集成到高通量植物表型平台中，进行高通量的光合表型测量。该模块技术参数如下：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。

叶绿素荧光成像技术参数

群体植物光合长期监测模块

实时对植物进行多传感监控：PSII最大和有效效率，光强，辐射，ETR以及植物面积。群体植物光合长期监测传感器是一款自动多传感器，可测量PSII与最大效率(Fv/Fm)、有效效率相关的参数。通过镜像系统，通过内置计算机控制，激光束打到植物上。每5秒钟，激光束不断变化在植物上的位置，每次循环可生成数百个测量点。系统编程测量每个激光点的PSII效率，光强以及辐射。计算参数有PAR光，Fq’/Fm’以及ETR(电子传 递速率)。ETR与CO2吸收相关。植物面积可从含有叶绿素的测量位置数计算出来。传感器上面有2个内置Licor传感器，PAR传感器以及辐射传感器。传感器可集成在知名的LetsGrow系统中以及wiwam系统中。在系统中，可监测来自该传感器的所有数据并与其它环境数据进行对比。 

激光点测量参数：

最小(Fo或 Fs)以及最大(Fm或Fm)叶绿素荧光信号、CropObserver顶部光强、CropObserver顶部辐射、计算机24/7实时信息、实时Fv/Fm 和Fq /Fm平均值与分布、实时PAR平均值 μmol/s/ m2、实时辐射平均值 /s/ m2、实时ETR平均值与分布、植物面积

近红外成像模块

近红外成像主要用于观测分析植物的水分状态及其在不同组织间的分布变异，处于良好浇灌状态的植物表现出对近红外光谱的高吸收性，而处于干旱状态的植物则表现出对近红外光谱的高反射性，通过分析软件可以监测分析从干旱胁迫到再浇灌过程中的整个过程动态及植物对干旱胁迫的响应和水分利用效率，并形成假彩图像，可以与植物的形态指数及叶绿素荧光指数进行相关分析研究。

近红外成像模块技术参数

红外热成像模块

红外热成像主要用于成像分析植物在光辐射情况下的二维发热分布，良好的散热可以使植物耐受较长时间的高光辐 射或低水条件（干旱）。

红外热成像模块技术参数

高光谱成像模块

高光谱成像在估测植物各种生化组分的吸收光谱信息及植物生长情况的检测上表现出了强大的优势，主要用于植物 的营养状况、水分含量、长势情况、病虫害情况监测等。

高光谱成像模块技术参数

激光3D扫描多光谱成像模块

激光3D扫描成像能够耐受全日照辐射而不影响测量，在高精度测量三维点云信息的同时，测量400-900 nm范围内4 个波段的多光谱成像，使得我们可以得到植物在X、Y和Z轴上所有坐标点的多光谱信息，通过点云的空间深度信息和角 度信息，可以对光谱信息进行完美的校准，从而获得更加精准的数据。

激光3D扫描多光谱成像模块技术参数

根系CT成像模块

根系CT成像是植物表型平台的重要组成部分，成功的实现了原位监测植株根系状态，并对直径20cm花盆内自然土 壤中的根系进行扫描和重建。

根系CT成像模块技术参数

IT解决方案和储存

WIWAM软件在高端工业计算机上运行，触摸屏。该软件配有用户友好图形界面，用于控制机器人站行为以及以极高灵活度设计设计实验。可同时运行多组实验，可运行不同随机模式，可及时规划单个植株或一组植株的处理。在预设启动时间，PC机将向工业PLC发送指令，照管机器人移动。所有成像，称重/浇水以及环境数据均可存于SQL数据库，记录后可用于分析记录。系统采用了开放式数据库结构，可以直接获取图像。该平台可以与高性能计算相连，用于分析储存数据或者可与本地服务器设施整合。

SMS邮件服务可以通知用户机器报警和错误，可尽快进行用户干涉。系统可于任一点暂停和停下，UPS(不间断电源)可防止数据丢失和确保在停电后全系统恢复。该软件也有平台管理员系统设置和维护行为通道。

图像分析和数据可视化

WIWAM Conveyor有VIB开发的图像分析和数据可视化软件支持，此软件包，称为PIPPA，是中央网络界面和数据库，一方面用来为不同类型的WIWAM植物表型平台提供管理的工具，另一方面用于分析图像和数据。

PIPPA与该平台通讯，通过将PIPPA网络界面生成的实验结果传到平台。每个花盆的处理和基因型信息已在数据库限定以确保在整个实验中的数据一体性。实验期间PIPPA对来自平台的称重，灌溉测量，环境数据，错误记录以及图像信息进行处理分析。PIPPA支持这些图像后续处理(旋转/收获/等)。图像分析文本可以在PIPPA界面初始化，可设置于网络服务器运行(独立版本)或计算机群运行，以快速生成结果。随后，通过检查数据是否在特定阈值之内可在网络几面对输出文本进行验证，例如，是否生长相关性状，如植物枝条面积一段时间内是否增加。

北京博普特科技有限公司是比利时WIWAM植物表型成像系统的中国区总代理，全面负责其系列产品在中国市场的推广、销售和售后服务。