移動(dòng)式激光3D植物表型平臺(tái)PlantEye

根據(jù)“Sensor-to-Plant”和“Know How”理念設(shè)計(jì)的表型平臺(tái)

PhenoSpex公司是由來(lái)自德國(guó)Julich研究中心（Forschungszentrum Julich，歐洲**的科研單位之一）和亞琛工業(yè)大學(xué)（德國(guó)*負(fù)盛名的理工科大學(xué)之一）的研究人員創(chuàng)辦的。PhenoSpex于2009年創(chuàng)辦于德國(guó)邊境古城亞琛，后來(lái)搬到荷蘭，兩個(gè)辦公地點(diǎn)僅僅相隔不到20公里。

移動(dòng)式激光3D植物表型平臺(tái)PlantEye設(shè)計(jì)用于在非常嚴(yán)酷的環(huán)境條件下工作，可以長(zhǎng)期耐受全日照輻射而不影響測(cè)量。

PlantEye的設(shè)計(jì)基于“Sensor-to-Plant”理念。它可以安裝于任何可移動(dòng)的支撐結(jié)構(gòu)上，例如移動(dòng)式灌溉系統(tǒng)、天車(chē)、拖拉機(jī)等等。高度智能化的設(shè)計(jì)允許其快速集成到現(xiàn)有的設(shè)施上并快速開(kāi)始掃描工作。儀器內(nèi)置的算法可以自動(dòng)計(jì)算植物高度、葉面積、蓋度、葉片數(shù)目/植物數(shù)目等參數(shù)。

PlantEye已被大量用于高通量的掃描單子葉或雙子葉植物的表型。PlantEye是一個(gè)開(kāi)放式平臺(tái)，因此3D數(shù)據(jù)和客戶(hù)開(kāi)發(fā)的算法都可以集成進(jìn)來(lái)。

基于“Know-How”理念，在深入了解客戶(hù)需求的基礎(chǔ)上，PhenoSpex為客戶(hù)提供定制化的系統(tǒng)解決方案，“量身定做”解決客戶(hù)遇到的實(shí)際問(wèn)題。

技術(shù)原理

圖1 圖2 圖3

1.一束激光線(xiàn)垂直向下打在植物體上（圖1中紅線(xiàn)），在和植物體（葉片、莖桿等）接觸的地方會(huì)產(chǎn)生反射和折射。

2.PlantEye的攝像頭會(huì)采集植物體不同部位的激光線(xiàn)反射信號(hào)（圖2中藍(lán)線(xiàn)）。

3.PlantEye在移動(dòng)的過(guò)程中，就可以將這種高低不平的線(xiàn)狀信號(hào)連續(xù)采集，獲得三維點(diǎn)陣云圖，通過(guò)建模進(jìn)一步得出植物體的三維結(jié)構(gòu)信息。

傳統(tǒng)的激光3D掃描儀在強(qiáng)日光照射下由于噪音太大而不能正常工作，而PlantEye系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，它可以在所有的自然光照環(huán)境下工作，不受全日照輻射的影響。因此，PlantEye系統(tǒng)才能在溫室內(nèi)或田間進(jìn)行測(cè)量。

應(yīng)用領(lǐng)域

主要功能

測(cè)量結(jié)果示例

前視圖 右視圖 后視圖 左視圖

俯視圖 仰視圖 放大視圖

主要技術(shù)參數(shù)

移動(dòng)式激光3D植物表型平臺(tái)PlantEye

l測(cè)量的植物高度和分辨率：高度0-1500 mm，分辨率0.2-1.0 mm；其它植物高度可定制

l傳感器到植物的距離：*小350-650 mm，**1100-2200 mm

l掃描波長(zhǎng)：700-1100 mm

l測(cè)量速率：每秒50個(gè)XZ輪廓圖

l信號(hào)接口：IN/OUT觸發(fā)信號(hào)接口

l觸發(fā)選擇：感應(yīng)開(kāi)關(guān)，RFID，光學(xué)二維碼，外部信號(hào)（如定位系統(tǒng)），其它選擇可定制

l測(cè)量參數(shù)：高度（平均高度和**點(diǎn)）、獨(dú)立葉面積、總?cè)~面積（冠層面積）、投影葉面積、蓋度、植物數(shù)目、葉片數(shù)目、葉片傾斜角PHI（Φ）、葉片方位角THETA（θ）、蓮座狀植物（rosette plants）的直徑、植物體積等。

l數(shù)據(jù)下載：允許下載3D點(diǎn)陣云圖（原始數(shù)據(jù)）、植物生長(zhǎng)數(shù)據(jù)和高度柱狀圖等。

l數(shù)據(jù)傳輸：通過(guò)Wifi無(wú)線(xiàn)傳輸

l數(shù)據(jù)壓縮：自動(dòng)壓縮

l遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)：支持通過(guò)>遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)（ssh協(xié)議）

l工作溫度：0-50℃

l工作濕度：<90% RH

l供電：12 VDC、24 VDC、230 VAC均可

l激光安全等級(jí)：1M

l光環(huán)境：耐受全日照輻射

l防護(hù)等級(jí)：IP67

l尺寸：485 x 240 x 110 mm

l重量：3.4 kg

PSX數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案

l數(shù)據(jù)庫(kù)：PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)

lPSX低通量方案：準(zhǔn)系統(tǒng)電腦（Barebone computer）

lPSX超供通量服務(wù)器方案：1U Intel Dual-CPU服務(wù)器（8 cores x 1GHz）， 8 GB；3 x 2000 GB硬盤(pán)；RAID 5控制器；1.5 TB磁帶驅(qū)動(dòng)器

HortControl數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

l工作界面：通過(guò)瀏覽器登錄工作

l軟件界面：提供不同界面用于數(shù)據(jù)自動(dòng)導(dǎo)入，用于集成導(dǎo)入其它環(huán)境或植物傳感器的數(shù)據(jù)

l數(shù)據(jù)下載：允許下載數(shù)據(jù)（ASCI）進(jìn)行進(jìn)一步分析，允許導(dǎo)入/導(dǎo)出數(shù)據(jù)庫(kù)

l檔案功能：具備檔案錄入、顯示，作物管理、實(shí)驗(yàn)管理功能

l統(tǒng)計(jì)功能：數(shù)據(jù)平均值和偏差值的統(tǒng)計(jì)分析

l上載功能：能夠上載高通量平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)設(shè)置信息

l報(bào)警功能：數(shù)據(jù)異常時(shí)報(bào)警

l2D Mapping功能：對(duì)不同生長(zhǎng)區(qū)域進(jìn)行2D Mapping，用于定量分析