當人類對自然的探索從廣袤的田野轉(zhuǎn)向分子的微觀世界時，植物表型成像系統(tǒng)恰如一座橋梁，將宏觀的植株形態(tài)與微觀的生理狀態(tài)連接起來，構(gòu)建出一幅動態(tài)的“數(shù)字植物"圖景。它不再局限于單一的測量維度，而是通過多模態(tài)、高通量的成像技術(shù)，為每一株植物繪制出“生長檔案"。

現(xiàn)代表型成像平臺的構(gòu)建，體現(xiàn)了高度的系統(tǒng)集成與工程智慧。在大型表型溫室或田間表型平臺中，這些儀器往往被集成在自動化機器人系統(tǒng)上。它們沿著預(yù)設(shè)軌道平穩(wěn)移動，如同在植物的“城市"中巡游的“攝影師"。軌道系統(tǒng)確保了每次掃描的視角、距離和光照條件的高度一致性，這是獲得可比性數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。儀器搭載的多光譜相機，能捕捉從可見光到近紅外波段的反射信息，這些信息如同植物的“指紋"，揭示了其內(nèi)部的生理健康狀況。例如，健康的葉片在特定波段有強烈的反射峰，而受到病害或營養(yǎng)脅迫的葉片，其光譜特征會發(fā)生顯著偏移。通過建立光譜數(shù)據(jù)庫和機器學(xué)習(xí)模型，研究人員甚至能在病癥肉眼可見之前，就實現(xiàn)對病害的早期預(yù)警。

三維成像技術(shù)的引入，則為這幅圖景增添了至關(guān)重要的“立體感"。激光掃描或基于攝影測量的三維重建技術(shù)，能夠生成植株的點云模型。在這個虛擬的三維空間里，研究人員可以精確測量植株的真實體積、分枝角度、葉傾角分布等復(fù)雜結(jié)構(gòu)參數(shù)。這些參數(shù)對于理解植物如何高效捕獲光能、如何應(yīng)對風力等機械應(yīng)力至關(guān)重要。在研究作物株型改良時，三維模型能直觀地展示不同基因型在空間構(gòu)型上的差異，為設(shè)計更理想、更抗倒伏的株型提供直接依據(jù)。

除了形態(tài)與生理，表型成像儀還能“感知"植物的“情緒"——即其對環(huán)境的響應(yīng)。熱成像相機是這一領(lǐng)域的利器。植物葉片的溫度與其蒸騰作用密切相關(guān)，而蒸騰作用又受到氣孔開閉的調(diào)控。在水分脅迫下，植物會關(guān)閉氣孔以減少水分流失，導(dǎo)致葉片溫度升高。熱成像儀能實時捕捉這種溫度變化，生成直觀的“熱力圖"，讓研究人員一眼就能識別出哪些植株更耐旱。同樣，在研究植物對高溫或低溫的響應(yīng)時，熱成像提供了直接的生理指標。

在科研實踐中，植物表型成像測量儀的價值體現(xiàn)在其強大的通量能力。一個大型平臺可以在數(shù)小時內(nèi)完成對數(shù)千株植物的全面掃描，生成TB級別的數(shù)據(jù)。這種高通量特性，使得大規(guī)模的遺傳群體分析、突變體篩選、環(huán)境梯度實驗成為可能。研究人員可以同時比較數(shù)百個不同基因型在多種環(huán)境條件下的表現(xiàn)，從中挖掘出基因型與環(huán)境互作（GxE）的規(guī)律。這種規(guī)模的數(shù)據(jù)積累，是傳統(tǒng)人工測量無法企及的。

當然，這龐大的數(shù)據(jù)洪流也帶來了新的挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)的存儲、管理、分析和可視化都需要強大的計算資源和專業(yè)的軟件工具。如何從海量、高維的數(shù)據(jù)中提取出真正有意義的生物學(xué)信息，避免“數(shù)據(jù)豐富，信息貧乏"的困境，是研究人員必須面對的問題。未來的方向是發(fā)展更智能的分析算法，利用深度學(xué)習(xí)等AI技術(shù)，實現(xiàn)從“描述性"分析向“預(yù)測性"分析的轉(zhuǎn)變，讓表型數(shù)據(jù)真正成為驅(qū)動育種和基礎(chǔ)研究的引擎。

植物表型成像測量儀，正在將植物科學(xué)帶入一個全新的紀元。它讓我們得以超越肉眼的局限，以深度和廣度，解讀植物的生長密碼。在這幅由光、影和數(shù)據(jù)構(gòu)成的宏大圖景中，每一株植物的故事都被細致地記錄和講述，而人類，正站在理解生命復(fù)雜性的新起點上。

植物表型成像系統(tǒng)儀器概述

植物表型成像分析系統(tǒng)是主要用于對植物表型進行測量與分析的設(shè)備。系統(tǒng)分別在頂部、側(cè)上方以及側(cè)下方設(shè)置了可見光成像單元，根據(jù)底部旋轉(zhuǎn)臺設(shè)備的轉(zhuǎn)動進而獲取植物表型信息。系統(tǒng)使用了以人工智能為基礎(chǔ)的三維成像技術(shù)，以多視角結(jié)合的方式動態(tài)生成植物的三維模型，并且可以根據(jù)模型計算植物的株寬、株高、骨架、ASM、SSIM等形態(tài)、顏色、紋理參數(shù)。適用于分析禾本科、茄科、十字花科、豆科等植物，主要用于植物生理學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、植物保護等領(lǐng)域。

植物表型成像分析系統(tǒng)測量參數(shù)：

形態(tài)參數(shù)：正株寬、側(cè)株寬、株高、寬高比、緊實度、偏心率、圓度、矩形度、矩形長寬比、分形維數(shù)、總骨架長度、平均波段長度、端點數(shù)、分叉點數(shù)、分枝級數(shù)、分枝角度、頂視投影面積、側(cè)視投影面積、投影面積比、頂視凸包周長、側(cè)視凸包周長、凸包周長比；

顏色參數(shù)：（分頂視與側(cè)視）R、G、B、L、a、b（Lab參數(shù)默認使用D65光源，2°觀察者視角）、H、S、V、gray；

紋理參數(shù)：Contrast（對比度）、Correlation（相關(guān)性）、Entropy（熵值）、ASM（角二階矩值）、Second Moment（二階矩值）、Third Moment(三階矩值)、Fourth Monment（四階矩值）、Homogeneity（同質(zhì)性）、Dissimilarity（相似性）、Variance（灰度方差）、Sum Variance（和方差值）、Sum Average（和平均值）、Difference Variance（全局差分方差值）、SSIM（結(jié)構(gòu)相似度指數(shù)）

共56個參數(shù)。

植物表型成像測量系統(tǒng)測量精度：

植物高度：300-1000mm

植物寬度：100-500mm

植物鮮重：100-75000g

植物表型成像測量儀儀器功能：

1、圖像自適應(yīng)：在選擇測量大植物后，系統(tǒng)會自動評測植物大小，并根據(jù)測量結(jié)果自動拍攝圖像；在超大植物情況時，系統(tǒng)會自動拼接處理圖片；

2、溫感與濕感：儀器中裝有溫度傳感器、濕度傳感器，能夠?qū)崟r反饋儀器內(nèi)部環(huán)境情況；

3、儀器控制：儀器外部裝有10寸控制面板，用戶可通過電腦對控制面板進行操作，也可以查看箱體內(nèi)部溫度與濕度，控制箱體內(nèi)部的光照強度、箱門的開關(guān)與外側(cè)運行燈光的開啟等；

4、鏡頭操作：根據(jù)拍攝植物大小，用戶可以通過軟件控制將鏡頭抬高或者降低、機身升高或者下落，以尋找最合適的拍攝位置；

5、相機分辨率：系統(tǒng)光學(xué)成像單元最高支持1200萬像素，用戶可以根據(jù)需要選擇合適的分辨率；

6、模型操作：通過鼠標可以對3D模型縮放、旋轉(zhuǎn)以及移動；

7、上傳云端：綁定設(shè)備編號后可以將分析后的植物表型數(shù)據(jù)傳輸至云端，并支持隨時查看云端數(shù)據(jù)；

8、對焦與變焦：系統(tǒng)支持自動對焦、手動對焦，對焦方式可在軟件設(shè)置界面中修改；同時系統(tǒng)也支持光學(xué)變焦，用戶可以手動調(diào)整鏡頭至合適位置，一般建議將側(cè)視兩個鏡頭中的物體調(diào)整到相似大小即可；

9、數(shù)據(jù)：測量記錄界面能夠?qū)崿F(xiàn)分析結(jié)果匯總，雙擊分析記錄能夠展示結(jié)果詳情，也可以刪除任意分析結(jié)果；

10、3D成像：在視頻切分4幀以及4060Ti顯卡前提下，成像需要20-30分鐘，幀數(shù)越少時間越少，幀數(shù)越多時間越多（注意：最終成像速度與電腦性能成正相關(guān)，電腦性能越高，成像速度越快）；

11、導(dǎo)出：可以對每條分析結(jié)果執(zhí)行導(dǎo)出操作，也可以將所有分析結(jié)果導(dǎo)出，支持用戶手動導(dǎo)出3D模型展示視頻；

12、修改：可以在軟件設(shè)置界面修改分析結(jié)果導(dǎo)出路徑、模型存儲路徑以及視頻保存路徑；

13、語言：支持軟件界面的中英文一鍵切換；

14、軟件提供測試電腦最大分辨率的關(guān)聯(lián)子程序；

15、稱重：植物放置到轉(zhuǎn)盤后自動稱重并將結(jié)果同步顯示至軟件界面；

16、安全規(guī)范：儀器根據(jù)設(shè)計規(guī)范已安裝各種探測開關(guān)、傳感器以及限位器，防止用戶誤操作或者越程問題；

17、電腦系統(tǒng)：Windows操作系統(tǒng)、NVIDIA顯卡(zui低8G顯存)、運行內(nèi)存不低于8GB、zui低i5 CPU處理器