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，基于機器視覺的多光譜表型成像技術(shù)已經(jīng)成為熱點，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準之一。

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，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，是一款利用標準觀測環(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)能夠準確、穩(wěn)定地重建出目標的光譜信息和顏色信息。利用該系統(tǒng)還可實現(xiàn)植物病害圖譜建設(shè)。準確重建被測目標的顏色信息對實現(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的特征信息。多年研究和實踐證明這種多光譜成像系統(tǒng)能夠準確、穩(wěn)定地重建出目標的光譜信息和顏色信息，該顏色重建符合CIE色域空間標準；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，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，進行顯微角度多光譜測量。

種子病害研究

歐洲法律了特點的污染物，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公眾健康。產(chǎn)生毒素的鐮刀菌通常可在谷物上找到，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下進行無氧培養(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)合鐮刀菌真菌校準方法，可在10秒內(nèi)檢測出谷物真菌。

無污染      鐮刀菌感染

當然Videometerlab也可校準用于其它真菌。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行品質(zhì)監(jiān)控。另外，該設(shè)備還可用微生物學研究，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

歌本哈根大學利用高通量多光譜植物表型平臺進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。鐮刀菌真菌導致的癥狀通常稱為穗枯病。穗枯病常導致減產(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，強制要求對作物鐮刀菌進行限制。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)來對疾病程度進行定量、顯示分布。另外，可對植物結(jié)構(gòu)進行光學檢測。另外還可利用其它相機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、細菌等進行研究，實現(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，全面負責其系列產(chǎn)品在中國的市場推廣、銷售和售后服務(wù)。

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