PlantScreen植物表型成像分析系统（野外样带版）
——高通量植物表型组学研究平台
植物表型组学（phenomics）是一门在基因组水平上系统研究植物在各种不同环境条件下所有表型形状特征的学科。2009年4月，届国际植物表型组大会在澳大利亚堪培拉成功举办，植物表型组学研究技术也进入一个新的阶段。PlantScreen植物表型成像分析系统由位于孟德尔遗传定律的发源地捷克布尔诺（Brno）、研发世界上台FluorCam叶绿素荧光成像技术的PSI公司与欧洲科学家合作研制生产的新型植物表型组学研究平台，可以全自动、高通量、高容量测量分析拟南芥、水稻等植物的三维表型形状及生理状态及其与环境光照、温度、水、营养盐等的关系。
PlantScreen植物表型成像分析系统整合了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、自动条码识别管理、RGB真彩3D成像、自动称重与浇灌系统等多项先进技术，以化的方式实现大量植物样品——从拟南芥、水稻、玉米到各种其它植物的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。作为家研制生产植物叶绿素荧光成像系统的厂家，PSI公司在植物表型成像分析领域处于的技术前列，大面积叶绿素荧光成像分析功能使PlantScreen成为植物表型分析与功能成像分析的为先进的仪器设备，使植物生长、胁迫响应等测量参数达几百个。
PlantScreen系统（野外样带版）包括如下植物表现形状成像分析功能：
1. 叶绿素荧光成像分析：可对植物叶绿素荧光动态进行成像分析，以监测植物生理状态，胁迫生理如干旱胁迫、肥料胁迫、病虫害胁迫、环境污染毒性胁迫等等，还可对GFP（绿色荧光蛋白）进行成像分析，单幅成像面积40x40cm，成像测量参数包括Fo, Fm, Fv, Fo’, Fm’, Fv’, Ft, Fv/Fm, Fv’/Fm’, Phi_PSII, NPQ, qN, qP, Rfd等几十个叶绿素荧光参数
2. RGB成像分析：可对植物的形状进行三维成像分析，并可自动对植物花朵数量、水稻分蘖等进行统计分析，主要测量参数包括：
1) 叶面积（Leaf Area: Useful for monitoring growth rate）
2) 植物紧实度／紧密度（Solidity/Compactness. Ratio between the area covered by the plant’s convex hull and the area covered by the actual plant）
3) 叶片周长（Leaf Perimeter: Particularly useful for the basic leaf shape and width evaluation (combined with leaf area)）
4) 偏心率（Eccentricity: Plant shape estimation, scalar number, eccentricity of the ellipse with same second moments as the plant (0...circle, 1...line segment)）
5) 叶圆度（Roundness: Based on evaluating the ratio between leaf area and perimeter. Gives information about leaf roundness）
6) 叶宽指数（Medium Leaf Width Index: Leaf area proportional to the plant skeleton (i.e. reduction of the leaf to line segment)）
7) 叶片细长度SOL (Slenderness of Leaves)
8) 植物圆直径（Circle Diameter. Diameter of a circle with the same area as the plant）
9) 凸包面积（Convex Hull Area. Useful for compactness evaluation）
10) 植物质心（Centroid. Center of the plant mass position (particularly useful for the eccentricity evaluation)）
11) 节间距（Internodal Distances）
12) 生长高度（Growth Height）
13) 植物三维高度和宽度（Maximum Height and Width of Plant in 3 Dimensions）
14) 相对生长速率（Relative growth rate）
15) 叶倾角（Leaf Angle）
16) 节叶片数量（Leaf Number at Nodes）
17) 其它参数如用于植物适合度估算的颜色定量分级、绿度指数（Other parameters such as color segmentation for plant fitness evaluation, greening index and others）
3. 高光谱成像分析（选配），可成像并分析如下参数：
1) 归一化指数（Normalized Difference Vegetation Index (NDVI)）
2) 简单比值指数（Simple Ratio Index, Equation: SR = RNIR / RRED）
3) 改进的叶绿素吸收反射指数（Modified Chlorophyll Absorption in Reflectance Index (MCARI1), ®Equation: MCARI1 = 1.2 * [2.5 * (R790- R670) - 1.3 * (R790- R550)]）
4) 化土壤调整植被指数（Optimized Soil-Adjusted Vegetation Index (OSAVI)®, Equation: OSAVI = (1 + 0.16) * (R790- R670) / (R790- R670 + 0.16)）
5) 绿度指数（Greenness Index (G), Equation: G = R554 / R677）
6) 改进的叶绿素吸收反射指数（Modified Chlorophyll Absorption in Reflectance Index (MCARI), ®Equation: MCARI = [(R700- R670) - 0.2 * (R700- R550)] * (R700/ R670)）
7) 转换类胡罗卜素指数（Transformed CAR Index (TCARI)®, Equation: TSARI = 3 * [(R700- R670) - 0.2 * (R700- R550) * (R700/ R670)]）
8) 三角植被指数（Triangular Vegetation Index (TVI)®, ®Equation: TVI = 0.5 * [120 * (R750- R550) - 200 * (R670- R550)]）
9) ZMI指数（Zarco-Tejada& Miller Index (ZMI), Equation: ZMI = R750 / R710）
10) 简单比值色素指数（Simple Ratio Pigment Index (SRPI), Equation: SRPI = R430 / R680）
11) 归一化脱镁作用指数（Normalized Phaeophytinization Index (NPQI), Equation: NPQI = (R415- R435) / (R415+ R435)）
12) 光化学植被反射指数（Photochemical Reflectance Index (PRI), Equation: PRI = (R531- R570) / (R531+ R570)）
13) 归一化叶绿素指数（Normalized Pigment Chlorophyll Index (NPCI), NPCI = (R680- R430) / (R680+ R430)）
14) Carter指数（Carter Indices®, Equation: Ctr1 = R695 / R420; Ctr2 = R695 / R760）
15) Lichtenthaler指数（Lichtenthaler Indices®, Equation: Lic1 = (R790 - R680) / (R790 + R680); Lic2 = R440 / R690）
16) SIPI指数（Structure Intensive Pigment Index (SIPI), Equation: SIPI = (R790- R450) / (R790+ R650)）
17) Gitelson－Merzlyak指数（Gitelson and Merzlyak Indices®, ®Equation: GM1 = R750/ R550; GM2 = R750/ R700）
4. 热成像分析（选配）：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）
5. 近红外成像分析（选配）：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。
PlantScreen植物表型野外样带成像分析系统由野外移动式植物表型组学成像分析平台、RGB成像、FluorCam叶绿素荧光成像、高光谱成像、植物热成像、植物近红外成像等组成，移动式成像分析平台具轮子，可以沿轨道滑行并对植物进行表型组成像分析；各成像分析单元为模块式结构，可灵活安装配置到移动式成像分析平台上，狄赛尔发电机提供动力移动整套系统并给各成像系统供电；模块式结构使整套系统便于拆卸和安装，从而可以安装到不同的样方进行植物表型扫瞄成像分析；平台还配备GPS系统，通过软件自动记录测量数据、位置、时间等。可选配环境测量系统，自动监测记录PAR、环境CO2浓度、空气温湿度及风速等。
主要技术指标：
1. 成像分析平台宽10m、高度可调（高度2.5m），可沿10m宽样带移动成像分析，样带轨迹长度100m，具备GPS精确定位系统
2. 可通过外接传感器和软件系统自动采集光和有效辐射、CO2浓度（选配）、空气温湿度、风速等环境因子
3. 可自动进行RGB成像分析、叶绿素荧光成像分析、热成像分析、高光谱成像分析及近红外成像分析，具体分析参数参见前述
4. 开放式叶绿素荧光成像系统，成像面积40x40cm，测量光橙色620nm，橙色和白色双波长光化学光，饱和光闪为白色或蓝色，光强3600μmol.m-2 .s-1，镜头分辨率1024 x 768 像素，具备7位绿波轮，除可进行叶绿素荧光成像分析外，还可根据客户需求定制多光谱荧光成像分析
5. 3D RGB成像分析：顶部及侧面彩色植物表型成像分析，分辨率500万像素，可选配10MP 3D成像分析，用于植物适合度评估、生长率分析等
6. 高光谱成像分析：VNIR镜头，光谱范围380-1000nm，LED光源适用50－1000μmol/m2s,用于分析植物胁迫状况及营养状况等
7. 热成像分析：成像面积35x35cm，校准FLIR镜头有效避免辐射等环境因素造成的误差，高灵敏度成像植物表面细微的温度差异
8. NIR近红外成像单元：可成像采集1450－1600nm水吸收波段，以反映植物水分状况，在供水充沛情况下表现出高NIR吸收值，干旱胁迫情况下则表现出高NIR反射，NIR假彩色成像可以通过软件反映和分析植物水分状况
9. LIDAR或SONAR植物高度监测系统
10. 系统控制与数据采集分析系统：
® 用户友好的图形界面
® 用户定义、可编辑自动测量程序（protocols）
® MySQL数据库管理系统，可以处理拥有上千万条记录的大型数据库，支持多种存储引擎，相关数据自动存储于数据库中的不同表中
® 可用默认程序进行所有测量，也可通过开发工具创建自定义的工作过程，或者手动操作LED光源开启或关闭、RGB扫面成像、叶绿素荧光成像等
® 实验程序（Protocols）具备起始键、终止键、暂停键
® 可提供3个相机视角的RGB数字生长分析，包含阈值分析和颜色分析
® 对于叶绿素荧光成像图片，软件可批量进行淬灭参数分析，包含了在背景去除图像上用户感兴趣区域和像素值的平均。分析数据以原始图像和分析数据的形式存储在数据库中。
® 对FIR热成像图，16位图可直接导出到MATLAB或通过软件生成温度分布的假彩图像。
