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移動式激光3D植物表型平臺PlantEye

根據(jù)“Sensor-to-Plant”和“Know How”理念設計的表型平臺

移動式激光3D植物表型平臺PlantEye設計用于在非常嚴酷的環(huán)境條件下工作，可以長期耐受全日照輻射而不影響測量。

PlantEye的設計基于“Sensor-to-Plant”理念。它可以安裝于任何可移動的支撐結(jié)構(gòu)上，例如移動式灌溉系統(tǒng)、天車、拖拉機等等。高度智能化的設計允許其快速集成到現(xiàn)有的設施上并快速開始掃描工作。儀器內(nèi)置的算法可以自動計算植物高度、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是一個開放式平臺，因此3D數(shù)據(jù)和客戶開發(fā)的算法都可以集成進來。

基于“Know-How”理念，在深入了解客戶需求的基礎上，PhenoSpex為客戶提供定制化的系統(tǒng)解決方案，“量身定做”解決客戶遇到的實際問題。

技術原理

          圖1                             圖2                         圖3 

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

2.PlantEye的攝像頭會采集植物體不同部位的激光線反射信號（圖2中藍線）。

3.PlantEye在移動的過程中，就可以將這種高低不平的線狀信號連續(xù)采集，獲得三維點陣云圖，通過建模進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)或田間進行測量。

應用領域
 植物表型研究
 植物育種研究
 植物抗逆性研究
 施肥管理，構(gòu)建*施肥方式
 溫室管理，提高產(chǎn)量
 園藝生產(chǎn)管理，構(gòu)建可查詢的檔案
 田間生產(chǎn)監(jiān)測和管理

主要功能
 全自動獲取植物三維點陣云圖，并構(gòu)建植物三維結(jié)構(gòu)圖
 自動計算植物高度、單個葉片面積、總?cè)~面積、葉片數(shù)目、植株數(shù)目、葉片角度、植物直徑、蓋度等參數(shù)
 允許用戶建立自己的算法并導入
 基于“Sensor-to-Plant”理念設計
 在溫室、氣候室或田間進行高通量植物表型測量
 IP67防護標準，可在全日照下工作
 通過WIFI傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫存儲
 可以集成到其它平臺上，本平臺也可以集成其它傳感器
 專業(yè)軟件HortControl進行數(shù)據(jù)分析和管理
 專業(yè)軟件DocuTool進行作物管理

測量結(jié)果示例
 澤泉科技辦公室一盆植物的測量結(jié)果

    前視圖        右視圖         后視圖         左視圖

      俯視圖        仰視圖                  放大視圖

主要技術參數(shù)

移動式激光3D植物表型平臺PlantEye

• 測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
• 傳感器到植物的距離：zui小350-650 mm，zui大1100-2200 mm
• 掃描波長：700-1100 mm
• 測量速率：每秒50個XZ輪廓圖
• 信號接口：IN/OUT觸發(fā)信號接口
• 觸發(fā)選擇：感應開關，RFID，光學二維碼，外部信號（如定位系統(tǒng)），其它選擇可定制
• 測量參數(shù)：高度（平均高度和zui高點）、獨立葉面積、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。
• 數(shù)據(jù)下載：允許下載3D點陣云圖（原始數(shù)據(jù)）、植物生長數(shù)據(jù)和高度柱狀圖等。
• 數(shù)據(jù)傳輸：通過Wifi無線傳輸
• 數(shù)據(jù)壓縮：自動壓縮
• 遠程訪問：支持通過www遠程訪問（ssh協(xié)議）
• 工作溫度：0-50℃
• 工作濕度：<90% RH
• 供電：12 VDC、24 VDC、230 VAC均可
• 激光安全等級：1M
• 光環(huán)境：耐受全日照輻射
• 防護等級：IP67
• 尺寸：485 x 240 x 110 mm
• 重量：3.4 kg

PSX數(shù)據(jù)存儲方案

• 數(shù)據(jù)庫：PostgreSQL數(shù)據(jù)庫
• PSX低通量方案：準系統(tǒng)電腦（Barebone computer）
• PSX超供通量服務器方案：1U In Dual-CPU服務器（8 cores x 1GHz）, 8 GB；3 x 2000 GB硬盤；RAID 5控制器；1.5 TB磁帶驅(qū)動器

HortControl數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

• 工作界面：通過瀏覽器登錄工作
• 軟件界面：提供不同界面用于數(shù)據(jù)自動導入，用于集成導入其它環(huán)境或植物傳感器的數(shù)據(jù)
• 數(shù)據(jù)下載：允許下載數(shù)據(jù)（ASCI）進行進一步分析，允許導入/導出數(shù)據(jù)庫
• 檔案功能：具備檔案錄入、顯示，作物管理、實驗管理功能
• 統(tǒng)計功能：數(shù)據(jù)平均值和偏差值的統(tǒng)計分析
• 上載功能：能夠上載高通量平臺的實驗設置信息
• 報警功能：數(shù)據(jù)異常時報警
• 2D Mapping功能：對不同生長區(qū)域進行2D Mapping，用于定量分析