PlantScreen 식물 표형 영상 분석 시스템(식물 자동 전송판)

PlantScreen식물 표형 영상 시스템은 체코 PSI사가 연구 제작하여 생산한다.LED 식물지능배양, 자동화제어시스템, 엽록소형광영상측정분석, 식물열영상분석, 식물근적외선영상분석, 식물고스펙트럼분석, 자동바코드식별관리, RGB진채3D영상, 자동무게측정과 관개시스템 등 여러가지 선진기술을 통합하였다.최적화된 방식으로 대량의 식물 샘플을 실현한다-의남개, 옥수수에서 각종 기타 식물에 이르는 전방위 생리 생태와 형태 구조 영상 분석, 고통량 식물 표형 영상 분석 측정, 식물 협박 응답 영상 분석 측정, 식물 생장 분석 측정, 생태 독리학 연구, 성상 식별 및 식물 생리 생태 분석 연구 등에 사용된다.식물 자동 전송판PlantScreen시스템은 주로 0-40cm 높이의 식물 샘플에 적용됩니다.

PlantScreen시스템에는 다음과 같은 이미징 분석 기능이 포함되어 있습니다.

1.엽록소 형광 영상 분석: 단폭 영상 면적 35x35cm, 영상 측정 파라미터는Fo, Fm, Fv, Fo’, Fm’, Fv’, Ft, Fv/Fm, Fv’/Fm’, Phi_PSII, NPQ, qN, qP, Rfd등 수십 개의 엽록소 형광 파라미터

2.RGB이미지 분석: 이미지 측정 매개변수는 다음과 같습니다.

1)리프 영역(Leaf Area): Useful for monitoring growth rate）

2)식물 탄탄도/밀착도(Solidity/Compactness). Ratio between the area covered by the plant’s convex hull and the area covered by the actual plant）

3)날개 둘레(Leaf Perimeter): Particularly useful for the basic leaf shape and width evaluation (combined with leaf area)）

4)편심율(Eccentricity): Plant shape estimation, scalar number, eccentricity of the ellipse with same second moments as the plant (0...circle, 1...line segment)）

5)엽원도(Roundness): Based on evaluating the ratio between leaf area and perimeter. Gives information about leaf roundness）

6)잎폭 지수(Medium Leaf Width Index: Leaf area proportional to the plant skeleton (i.e. reduction of the leaf to line segment)）

7)날개 가느다란 길이 SOL(Slenderness of Leaves)

8)식물원 지름(Circle Diameter). Diameter of a circle with the same area as the plant）

9)볼록 영역(Convex Hull Area). Useful for compactness evaluation）

10)식물성 중심(Centroid). Center of the plant mass position (particularly useful for the eccentricity evaluation)）

11)피치 거리(Internodal Distances)

12)성장 높이(Growth Height)

13)식물 3차원 최대 높이와 너비(Maximum Height and Width of Plant in 3 Dimensions)

14)상대 성장률(Relative growth rate)

15)리프 앵글(Leaf Angle)

16)리프트 개수(Leaf Number at Nodes)

17)식물 적합도 추정을 위한 색상 정량 등급, 녹도 지수(Other parameters such as color segmentation for plant fitness evaluation, greening index and others)와 같은 다른 매개변수

3.다음과 같은 매개변수를 이미징하고 분석할 수 있는 하이 스펙트럼 이미징 분석 (옵션)

1)귀일화 지수(Normalized Difference Vegetation Index(NDVI))

2)단순 비율 지수(Simple Ratio Index,Equation: SR = RNIR / RRED）

3)향상된 엽록소 흡수반사지수(Modified Chlorophyll Absorption in Reflectance Index, MCARI1),
Equation: MCARI1 = 1.2 * [2.5 * (R790- R670) - 1.3 * (R790- R550)]）

4)최적화된 토양조정 식생지수(Optimized Soil-Adjusted Vegetation Index(OSAVI)
, Equation: OSAVI = (1 + 0.16) * (R790- R670) / (R790- R670 + 0.16)）

5)녹도지수(Greenness Index(G),Equation: G = R554 / R677）

6)향상된 엽록소 흡수반사지수(Modified Chlorophyll Absorption in Reflectance Index, MCARI),
Equation: MCARI = [(R700- R670) - 0.2 * (R700- R550)] * (R700/ R670)）

7)변환 카테킨 지수(Transformed CAR Index(TCARI), Equation: TSARI = 3 * [(R700- R670) - 0.2 * (R700- R550) * (R700/ R670)]）

8)삼각식생지수(Triangular Vegetation Index(TVI), Equation: TVI = 0.5 * [120 * (R750- R550) - 200 * (R670- R550)]）

9)ZMI지수(Zarco-Tejada & Miller Index, ZMI),Equation: ZMI = R750 / R710）

10)단순 비율 색소 지수(Simple Ratio Pigment Index, SRPI),Equation: SRPI = R430 / R680）

11)귀일화 탈마그네슘 작용지수(Normalized Phaeophytinization Index, NPQI),Equation: NPQI = (R415- R435) / (R415+ R435)）

12)광화학 식생반사지수(Photochemical Reflectance Index, PRI),Equation: PRI = (R531- R570) / (R531+ R570)）

13)귀일화 엽록소지수(Normalized Pigment Chlorophyll Index(NPCI), NPCI = (R680- R430) / (R680+ R430)）

14)Carter지수(Carter Indices
, Equation: Ctr1 = R695 / R420; Ctr2 = R695 / R760）

15)Lichtenthaler지수(Lichtenthaler Indices), Equation: Lic1 = (R790 - R680) / (R790 + R680); Lic2 = R440 / R690）

16)SIPI지수(Structure Intensive Pigment Index, SIPI),Equation: SIPI = (R790- R450) / (R790+ R650)）

17)Gitelson-Merzlyak지수 (Gitelson and Merzlyak Indices), Equation: GM1 = R750/ R550; GM2 = R750/ R700）

4.열화상분석(선택): 화상분석에 사용되는 식물의 광복사상황에서의 2차원발열분포는 량호한 열방출로 식물이 비교적 긴 시간동안 고광복사 또는 저수조건(가뭄)을 견딜 수 있다.

5.근적외선 영상 분석(선택): 식물의 수분 상태와 서로 다른 조직 간의 분포 변이를 관측 분석하는데 사용된다. 좋은 관개 상태에 있는 식물은 근적외선 스펙트럼에 대한 높은 흡수성을 나타내고 가뭄 상태에 있는 식물은 근적외선 스펙트럼에 대한 높은 반사성을 나타낸다. 분석 소프트웨어를 통해 가뭄 협박에서 재관개 과정의 전체 과정의 동태와 식물의 협박 형태에 대한 형광 지수를 모니터링하고 분석할 수 있다.

시스템 구성 및 작동 방식:

전체 시스템은 자동화된 식물 전송 시스템, 광 적응실, RGB 이미징,FluorCam엽록소형광영상, 고스펙트럼영상, 식물열영상, 식물근적외선영상, 자동관개시비와 중량측정시스템, 식물표식시스템 등으로 구성되며 빛적응실내의 식물은 컨베이어벨트에서 영상실로 전송하여 영상분석 등을 진행할수 있다.전체 시스템은 사용자의 실제 필요에 따라 사용자 정의할 수 있으며 사용자의 실제 요구에 매우 부합합니다.

기술 지표:

1.식물 샘플 자동 적재 및 하역，바코드 또는 RFID 태그 식별을 통한 샘플 추적

2.빛 적응실: 빛 적응 또는 식물 배양, LED 광원조명 강도가 1000 μmol/m에 달하다².s，열 효과 없음, 강도 0-100% 조정 가능, 실험 프로그램을 통해 조명 주기 변화를 미리 설정할 수 있으며, 벼 생장 관측실 등 범용형 또는 전용형, 3차원 스캔 영상 분석 기능 (XYZ 3차원 스캔 영상 시스템 및 소프트웨어 포함)

3.표준 트레이 35 × 30cm, 분재 식물을 안치하거나 여러 개의 작은 화분을 담을 수 있는 트레이에 사용되며, 각 트레이에는 표준 식물 배양분(58mm × 58mm × 95mm) 20개를 담을 수 있으며, 최대 화분 L35cm × W28cm를 맞춤형으로 제작할 수 있다.

4.자동전송시스템은 광적응실에서 영상실까지 하나의 고리형전송통로를 형성하는데 컨베이어벨트는 변속기가 있는 3상이동보모터를 채용하여 200-1000W, 전송대역폭 320mm, 부하력 130kg, 속도 9m/min

5.모바일 제어 시스템 중앙 처리 장치: CJ2M-CPU33;디지털 I/O: 최대 2560 포인트,PLC 통신: 이더넷을 통한 100Mb/s 프리미엄 PC, OMRON MECHATROLINK-II 최대 16축 포지셔닝

6.식물영상측정실: 150cm(길이)×150cm(가로)×220cm(높이), 환경광과 격리(light-isolated), 빠른 자동개폐문, 개폐주기 3초 미만, 컨베이어벨트 입구구 광막감지시스템, 바코드식별기 및 RFID판독기

7.표준영상실 영상단원의 높이는 0-50cm로 조절할 수 있고, 100cm 또는 그 이상의 범위의 높이를 선택하여 높은 식물을 연구할 수 있으며, 표준초점거리 범위는 22-27cm이다

8.RFID판독기 식별 거리: 2-20cm; 통신: RS485;바코드 인식기는 1차원, 2차원, QR 코드를 읽을 수 있으며, LED 광원이 있어 약한 빛에서 쉽게 식별할 수 있고, RS485 통신

9.고객이 F3EM2 광막 시스템을 맞춤형으로 제작하여 식물의 높이와 폭을 정확하게 측정하여 영상 측정실에 들어간 후 카메라가 자동으로 위치를 정확하게 정할 수 있도록 한다. 측정 범위는 150cm, 해상도는 5mm이다. 표준 레이저 측정 높이 0-50cm, 정확도는 5mm

10. 엽록소 형광 영상: 광 격리 영상실, 자동 개방 및 닫기 문, 컨베이어 벨트 포함、PLC 제어 자동 상하 이동 포커스 시스템, 대형 73 × 73cm LED 광원판, 7비트 필터 휠 등, 단폭 영상 면적 35 × 35cm, 측정 광 주황색 620nm, 주황색과 흰색 2파 장광 화학 광, 포화 광 플래시는 흰색, 최대 광강 3600μmol.m-2.s-1, 렌즈 해상도 1360 × 1024 화소

11.자동 관개와 무게 측정,5개의 식물재배분지에 동시에 관개와 중량을 측정할수 있으며 정확도 ± 1g, 중량을 측정한후 정확하게 관개할수 있으며 실험절차 (protocol) 를 통해 관개과정 (regime) 이나 가뭄협박상태를 미리 설정할수 있으며 또 영양공급시스템을 선택하여 관개정량에 따라 식물영양 (예를 들면 질소비료 등) 을 공급할수 있다.무게를 측정하기 전에 자동으로 0을 교정하고, 이미 알고 있는 무게 (예: 분동) 물품을 통해 자동으로 재교정할 수 있다;보호 수준: IP66

12. 고객 맞춤형 무게 측정 시스템은 4개의 무게 측정 유닛으로 구성되어 있으며 안전 적재 한도: 150% Ln; 온도 보상: -10-40 °C, 표준 측정 범위 7kg, 10kg, 15kg 또는 20kg 선택 가능; 표준 무게 측정 시스템은 표준 식물 배양기에 대한 정확한 무게 측정에 사용됩니다. 최대 무게 300g, 해상도 1g, 정확도 0.5g, 측정 매개변수는 실제 무게, 물 공급량 등을 포함합니다.

13. RGB이미징: 상단 및 측면 3D 이미징(3개의 카메라), 각 카메라는 노출 시간, 이득, 화이트 밸런스 등을 설정하기 위한 별도의 휠을 가지고 있으며, 휠의 스냅샷 키를 통해 즉시 사진을 찍고 해상도 등의 정보를 표시할 수 있으며, 자동 모드를 통해 자동으로 이미징하여 데이터베이스에 저장할 수 있으며, 스캔 이미지 생성 시간은 10초 미만이며 3D 모델링 기능도 옵션으로 제공됩니다.

14.RGB이미징 시스템은 이미징 룸 (광 분리), 컨베이어 벨트 및 위치 센서, 3 개의 카메라, 광원 및 이미징 분석 소프트웨어, 표준 이미징 면적 35×35cm, 초점거리 범위 22-27cm, LED 냉백광원(식물에 열효과가 없음)

15.USB 이더넷 카메라 표준, 유효 픽셀 2592×1944, 비트 해상도 12비트, 광양자 효율: 블루레이 피크 465nm, 그린 피크 540nm, 레드 피크 610nm, 28mm 광학 렌즈, 구경 43.2mm, 조리개 범위 2.8-F16

16. NIR근적외선 영상 단위: 1450-1600nm의 물 흡수 주파수를 채집하여 식물의 수분 상태를 반영할 수 있으며, 급수가 충분한 상황에서 높은 NIR 흡수치를 나타내고, 가뭄의 협박 상황에서 높은 NIR 반사를 나타낼 수 있으며, NIR 가짜 컬러 영상은 소프트웨어를 통해 식물의 수분 상황을 반영하고 분석할 수 있다

17.하이 스펙트럼 이미징 유닛은 광 격리 이미징 측정실, 자동 오픈 도어, 컨베이어 벨트, PLC 제어 자동 이동 초점 렌즈는 SWIR 및 VNIR 렌즈, 광원, 이미징 분석 시스템 등을 포함하며, VNIR 렌즈 주파수 대역 380nm-1000nm, 조리개 F/0.2, 틈새 폭 25μm, 틈새 길이 18mm, 프레임 속도 12-236fps;SWIR 렌즈 밴드 900-2500nm, 조리개 F/0.2, 틈새 폭 25μm, 틈새 길이 18mm, 프레임 속도 60 또는 100fps, 이미징 면적 35 × 35cm

18.사용자는 실험 프로그램을 통해 SWIR 이미징, VNIR 이미징 또는 두 개의 렌즈 전체 대역 이미징을 선택할 수 있으며, 각 렌즈의 이미징 시간은 각각 15초이다

19.열화상 유닛: 해상도 640 × 480 픽셀, 온도 범위 -20-120 °C, 감도 NETD<0.05 °C@30 °C/50mK, 정확도 ± 2 °C, 표준 영상 면적 35 × 35cm, 초점 범위 40-50cm, 백색 광원, 최대 광강도 500 μ mol.m-2.s-1, 0-100% 조정 가능

20.FS-WI대형 식물 생장실

Ø광원: 냉백 LED (6500K) + 원홍 LED (735nm), RGB 3색 광원판 등 기타 광원 사용자 정의 가능, 0-100% 조정 가능, 전용 광원 냉각 기류 통로, 주야 주기 변화, 일몰 등 자연계 중광 환경 변화 및 기타 각종 임의 변화 프로그래밍 가능

Ø최대 균질광 강도: 1000 µmol(photons)/m².s, 맞춤형 광학 강도

Ø온도조절범위: 10 ℃ -40 ℃ (제어효과는 빛의 강도와 환경온도와 관련되며 실온은 최고 30 ℃) 로 더욱 큰 온도조절범위를 맞춤형으로 제작할수 있으며 주야주기변화, 해오름과 일몰 등 자연계에서의 온도변화 및 기타 각종 임의적인 변화를 프로그래밍하여 모의할수 있다.

Ø습도 제어 범위: 40-80% ±7% (제어 효과는 빛의 강도와 관련이 있음), 주야 주기 변화, 일몰 등 자연계의 습도 변화 및 기타 각종 임의의 변화를 시뮬레이션할 수 있는 프로그래밍 가능

21.시스템 제어 및 데이터 수집 분석 시스템:

Ø사용자 친화적인 그래픽 인터페이스

Ø사용자 정의, 편집 가능한 자동 측정 프로그램(protocols)

ØMySQL수천만 개의 레코드가 있는 대규모 데이터베이스를 처리할 수 있는 데이터베이스 관리 시스템으로 다양한 스토리지 엔진을 지원하며 관련 데이터는 데이터베이스의 다양한 테이블에 자동으로 저장됩니다.

Ø식물 코드 등록 기능: 식물 식별 코드, 트레이의 식별 코드 등을 데이터베이스에 저장하고 측정 시 자동으로 추출하여 바코드 또는 RFID 태그를 자동으로 읽습니다.

Ø식물 트레이 수, 광선 강도, 분석 측정 상태 및 결과 등을 온라인으로 표시하는 터치스크린 조작 인터페이스를 통해 소프트웨어를 통해 모든 기계 부품 및 이미징 워크스테이션을 완벽하게 제어할 수 있습니다.

Ø모든 측정을 위해 기본 프로그램을 사용하거나 개발 도구를 사용하여 사용자 정의 작업 프로세스를 만들거나 LED 광원 켜기 또는 끄기, RGB 스윕 이미징, 엽록소 형광 이미징, 무게 측정 및 관개 등을 수동으로 조작할 수 있습니다.

Ø실험 프로그램(Protocols)에는 시작 키, 끝 키, 일시 중지 키가 있습니다.

Ø실험 수요에 따라 식물 샘플의 이동과 단일 영상 스테이션의 활성화를 자동으로 제어할 수 있다

Ø임계값 분석 및 색상 분석을 포함하여 3개의 카메라 시야각을 제공하는 RGB 디지털 성장 분석

Ø엽록소 형광 영상 이미지의 경우, 소프트웨어는 대량으로 담금질 파라미터 분석을 진행할 수 있으며, 배경에서 이미지에서 사용자가 관심 있는 영역과 픽셀 값의 평균을 제거한다.분석 데이터는 데이터베이스에 원본 이미지와 분석 데이터로 저장됩니다.

ØFIR 열 이미징의 경우 16비트 이미지를 MATLAB으로 직접 내보내거나 소프트웨어를 통해 온도 분포의 페이크 컬러 이미지를 생성할 수 있습니다.

생산지:유럽