PlantScreen植物表現型イメージング解析システム（植物自動転送版）

PlantScreen植物表現型イメージングシステムはチェコPSI社が開発・生産し、LED植物知能培養、自動制御システム、クロロフィル蛍光イメージング測定分析、植物熱イメージング分析、植物近赤外イメージング分析、植物高スペクトル分析、自動バーコード識別管理、RGB真彩3 Dイメージング、自動秤量と灌漑システムなど多くの先進技術を統合し、最適化の方式で大量の植物サンプル——擬南マスタード、トウモロコシから各種他植物までの全方位生理生態と形態構造イメージング分析を実現し、高フラックス植物表現型イメージング分析測定、植物ストレス応答イメージング分析測定、植物成長分析測定、生態毒理学研究、性状識別及び植物生理生態分析研究などに用いる。植物自動転送版PlantScreenシステムは主に0〜40 cmの高さの植物試料に適している。

PlantScreenシステムには、次のようなイメージング解析機能があります。

1.葉緑素蛍光イメージング分析：単幅イメージング面積35 x 35 cm、イメージング測定パラメータは以下を含むFo, Fm, Fv, Fo’, Fm’, Fv’, Ft, Fv/Fm, Fv’/Fm’, Phi_PSII, NPQ, qN, qP, Rfd等数十個の葉緑素蛍光パラメータ

2.RGBイメージング解析：イメージング測定パラメータは以下を含む：

1)葉面積（Leaf Area: Useful for monitoring growth rate）

2)植物密着度／密着度（Solidity/Compactness. Ratio between the area covered by the plant’s convex hull and the area covered by the actual plant）

3)ブレード周長（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)葉の円形度（Roundness）: Based on evaluating the ratio between leaf area and perimeter. Gives information about leaf roundness）

6)リーフ幅指数（Medium Leaf Width Index）: Leaf area proportional to the plant skeleton (i.e. reduction of the leaf to line segment)）

7)ブレードの細さSOL（Slenderness of Leaves）

8)植物円直径（Circle Diameter. Diameter of a circle with the same area as the plant）

9)凸包面積（Convex Hull Area. Useful for compactness evaluation）

10)植物セントロイド（Centroid）. Center of the plant mass position (particularly useful for the eccentricity evaluation)）

11)ピッチ間隔（Internodal Distances）

12)成長高さ（Growth Height）

13)植物の3次元最大高さと幅（Maximum Height and Width of Plant in 3 Dimensions）

14)相対成長速度（Relative growth rate）

15)リーフアングル（Leaf Angle）

16)翼数（Leaf Number at Nodes）

17)植物適合性推定のための他のパラメータ（Other parameters such as color segmentation for plant fitness evaluation，greening index and others）

3.高スペクトルイメージング分析（オプション）、イメージング可能で次のパラメータを分析する：

1)正規化指数（Normalized Difference Vegetation Index（NDVI））

2)単純比指数（Simple Ratio Index，Equation: SR = RNIR / RRED）

3)改善された葉緑素吸収反射指数（Modified Chlorophyl Absorption in Reflectance Index（MCARI 1）、
Equation: MCARI1 = 1.2 * [2.5 * (R790- R670) - 1.3 * (R790- R550)]）

4)最適化土壌調整植生指数（Optimized Soil-Adjusted Vegetation Index（OSAVI））
, Equation: OSAVI = (1 + 0.16) * (R790- R670) / (R790- R670 + 0.16)）

5)緑度指数（Greenness Index（G）、Equation: G = R554 / R677）

6)改善された葉緑素吸収反射指数（Modified Chlorophyl Absorption in Reflectance Index（MCARI）、
Equation: MCARI = [(R700- R670) - 0.2 * (R700- R550)] * (R700/ R670)）

7)変換クラスのヘロイン指数（Transformed CAR Index（TCARI）, Equation: TSARI = 3 * [(R700- R670) - 0.2 * (R700- R550) * (R700/ R670)]）

8)三角植生指数（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)単純比色素指数（Simple Ratio Pigment Index（SRPI）、Equation: SRPI = R430 / R680）

11)正規化脱マグネシウム作用指数（Normalized Phaeophytinization Index（NPQI）、Equation: NPQI = (R415- R435) / (R415+ R435)）

12)光化学植生反射指数（Photochemical Reflectance Index（PRI）、Equation: PRI = (R531- R570) / (R531+ R570)）

13)正規化葉緑素指数（Normalized Pigment Chlorophyl 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.熱イメージング分析（オプション）：イメージング分析植物の光放射状況における二次元発熱分布に用いられ、良好な放熱は植物を長時間の高光線放射或いは低水条件（乾燥）に耐えることができる

5.近赤外イメージング分析（オプション）：植物の水分状態と異なる組織間の分布変異を観測分析するために用いられ、良好な灌漑状態にある植物は近赤外スペクトルに対する高い吸収性を示し、乾燥状態にある植物は近赤外スペクトルに対する高い反射性を示し、分析ソフトウェアを通じて干ばつストレスから再灌漑過程における全過程の動態及び植物の干ばつストレスに対する応答と水分利用効率を監視分析することができ、そして偽彩画像を形成し、植物の形態指数及びクロロフィル蛍光指数と相関分析研究を行うことができる。

システム構成と動作原理：

一連のシステムは自動化植物伝送システム、光適応室、RGBイメージング、FluorCam葉緑素蛍光イメージング、高スペクトルイメージング、植物熱イメージング、植物近赤外イメージング、自動灌漑施肥と秤量システム、植物標識システムなどからなり、光適応室内の植物はコンベアからイメージング室に搬送してイメージング分析などを行うことができる。システム全体はユーザーの実際のニーズに合わせてカスタマイズでき、ユーザーの実際のニーズに非常に合致しています。

技術指標：

1.植物サンプルの自動ロードとアンインストール，バーコードまたはRFIDタグによる追跡サンプルの識別

2.光適応室：照明適応或いは植物育成用、LED光源照度1000μmol/m².s，熱効果がなく、強度が0-100%調整可能で、実験プログラムを通じて光照射周期の変化を事前に設定することができ、イネ成長観測室などの汎用型または専用型を選択することができ、また3次元スキャンイメージング分析機能（XYZ 3次元スキャンイメージングシステムとソフトウェアを含む）を選択することができる

3.標準配置トレイラック35×30 cm、盆栽植物を置くためのトレイ、または複数の小さな植木鉢を置くことができるトレイ、各トレイに20個の標準配置植物培養鉢（58 mm×58 mm×95 mm）を置くことができ、最大植木鉢L 35 cm×W 28 cmをカスタマイズすることができる

4.自動搬送システムは光適応室からイメージング室まで環状の搬送通路を形成し、ベルトは変速機を備えた三相非同期モータを採用し、200-1000 W、搬送帯域幅320 mm、負荷力130 kg、速度9 m/min

5.移動制御システム中央処理ユニット：CJ 2 M−CPU 33、デジタルI/O：最大2560点、PLC通信：イーサネット100 Mb/sハイエンドPC、OMRON MECHATROLINK-II最大16軸による正確な位置決め

6.植物イメージング測定室：150 cm（長さ）×150 cm（幅）×220 cm（高さ）、環境光と隔離（light-isolated）、迅速自動開閉ドア、開閉周期3秒未満、搬入口具光幕センシングシステム、バーコード識別器及びRFIDリーダー

7.標準配置イメージング室イメージングユニットの高さは0 ~ 50 cm調整可能で、高い植物を研究するために100 cm以上の高さを選択的に配置することができ、標準配置焦点距離範囲22 ~ 27 cm

8.RFIDリーダ認識距離：2-20 cm、通信：RS 485、バーコード識別器は1次元、2次元、QRコードを読み取ることができ、LED光源を備えて弱い光の下で識別しやすく、RS 485通信

9.お客様はF 3 EM 2フォトカーテンシステムをカスタマイズし、イメージング測定室に入った後にカメラが自動的に正確に位置決めするために植物の高さと幅を正確に測定し、測定範囲は150 cm、解像度は5 mm、標準レーザー測定は0-50 cm、精度は5 mm

10. 葉緑素蛍光イメージング：光隔離イメージング室、自動開閉ドア、コンベアを含む、PLC制御自動上下移動フォーカスシステム、大型73×73 cm LED光源板、7ビットフィルタリングなど、単幅イメージング面積35×35 cm、測定光オレンジ620 nm、オレンジと白色の二波長光化学光、飽和光フラッシュは白色、最大光強度3600μmol.m−2.s−1、レンズ解像度1360×1024画素

11.自動灌漑と秤量、同時に5つの植物プランターに灌漑と秤量を行い、精度±1 g；秤量後に正確に灌漑し、実験プログラム（protocol）を通じて灌漑過程（regime）或いは乾燥ストレス状態を事前に設定することができ、また栄養供給システムを選択して灌漑に従って植物栄養（例えば窒素肥料など）を定量的に供給することができ、秤量前に自動的にゼロキャリブレーションを行い、既知の重量（例えば分銅）物品を通じて自動的に再キャリブレーションを行うこともできる、保護レベル：IP 66

12. 顧客カスタム秤量システムは4つの秤量ユニットから構成され、安全負荷制限：150%Ln、温度補償：−10-40°C、標準配置測定範囲7 kg、10 kg、15 kgまたは20 kgを選択することができる、標準配置秤量システムは標準配置植物培養鉢に対して正確に秤量するために使用され、最大荷重300 g、解像度1 g、精度0.5 g、測定パラメータは実際の重量、灌水量などを含む

13. RGBイメージング：上部と側面の3次元イメージング（3つのカメラ）、各カメラはそれぞれ独立した制御盤を持って露出時間、利得、ホワイトバランスなどを設定し、制御盤のスナップショットキーを通じて即時に写真を撮って解像度などの情報を表示することができ、また自動モードを通じて自動的にイメージングしてデータベースに記憶することができ、スキャンイメージング時間は10秒未満で、3 Dモデリング機能を選択することができる

14.RGBイメージングシステムはイメージング室（光分離）、コンベア及び位置センサ、3つのカメラ、光源及びイメージング解析ソフトウェアを含み、標準的なイメージング面積35×35 cm、焦点距離範囲22-27 cm、LED冷白色光源（植物に熱効果を与えない）

15.USBイーサネットカメラを標準装備、有効画素2592×1944、ビット解像度12ビット、光量子効率：青色ピーク465 nm、緑色ピーク540 nm、赤色ピーク610 nm、28 mm光学レンズ、口径43.2 mm、絞り範囲2.8-F 16

16. NIR近赤外イメージングユニット：植物水分状況を反映するために1450-1600 nmの水吸収帯域をイメージング収集することができ、給水が十分な場合には高いNIR吸収値を示し、乾燥ストレスの場合には高いNIR反射を示し、NIR偽カラーイメージングはソフトウェアを通じて植物水分状況を反映し、分析することができる

17.高スペクトル撮像ユニットは光隔離撮像測定室、自動開閉ドア、コンベア、PLC制御自動移動フォーカスレンズを含み、SWIRとVNIRレンズ、光源、撮像分析システムなど、VNIRレンズ帯域380 nm-1000 nm、絞りF/0.2、スリット幅25μm、スリット長18 mm、フレーム速度12-236 fps、SWIRレンズバンド900-2500 nm、絞りF/0.2、スリット幅25μm、スリット長18 mm、フレーム速度60または100 fps、撮像面積35×35 cm

18.ユーザーは実験プログラムを通じてSWIRイメージング、VNIRイメージングまたは2つのレンズの全帯域イメージングを選択することができ、各レンズのイメージング時間はそれぞれ15秒である

19.熱イメージングユニット：解像度640×480画素、温度範囲-20-120°C、感度NETD<0.05°C@30°C/50 mK、精度±2°C、標準イメージング面積35×35 cm、焦点距離範囲40-50 cm、白色光源、最大光強度500μmol.m-2.s-1、0-100%調整可能

20.FS-WI大型植物生育室

Ø光源：冷白色LED（6500 K）＋遠赤色LED（735 nm）、その他の光源、例えばRGB三色光源板はカスタマイズでき、0-100%制御でき、専用光源冷凍気流通路、昼夜周期の変化、日の入りなど自然界における光環境の変化及びその他の各種任意の変化をプログラムシミュレーションできる

Ø最大均質光強度：1000µmol（photons）/m².s、より高い光強度をカスタマイズ可能

Ø温度制御範囲：10℃-40℃（制御効果は光強度と環境温度と関係があり、室温は最高30℃）、より大きな温度制御範囲をカスタマイズでき、昼夜周期の変化、日の入りなどの自然界における温度変化及びその他の任意の変化をプログラムシミュレーションできる

Ø制御湿範囲：40-80%±7%（制御効果は光強度と関係がある）、プログラム可能で昼夜周期変化、日の入りなど自然界中の湿度変化及びその他の任意の変化をシミュレーションする

21.システム制御とデータ収集分析システム：

Øユーザーフレンドリーなグラフィックスインタフェース

Øユーザ定義、編集可能自動測定プログラム（protocols）

ØMySQLデータベース管理システムは、数千万件の記録を持つ大型データベースを処理することができ、多種のストレージエンジンをサポートし、関連データはデータベース内の異なるテーブルに自動的に格納される

Ø植物コード登録機能：植物識別コード、所在するパレットの識別コードなどを含んでデータベースに保存し、測定時に自動的に抽出してバーコードまたはRFIDタグを読み取る

Øタッチスクリーン操作インタフェース、植物パレットの数、光強度、測定状態と結果などをオンラインで表示し、ソフトウェアを通じてすべての機械部品とイメージングステーションを簡単に完全に制御する

Øデフォルトプログラムを使用してすべての測定を行うことができ、開発ツールを使用してカスタム作業プロセスを作成することもできます。または、LED光源のオン/オフ、RGBスイープイメージング、クロロフィル蛍光イメージング、秤量、灌漑などを手動で操作することもできます

Ø実験プログラム（Protocols）は、スタートキー、終了キー、一時停止キーを備える

Ø植物試料の移動および単一イメージングステーションの活性化は、実験的要件に応じて自動的に制御することができる

Ø閾値解析と色解析を含む3つのカメラ画角のRGBデジタル成長解析を提供することができる

Øクロロフィル蛍光イメージング画像について、ソフトウェアは、背景除去画像上のユーザの関心領域と画素値の平均を含むクエンチパラメータ解析を一括して行うことができる。解析データは、元の画像と解析データの形式でデータベースに格納されます。

ØFIRサーモイメージングマップでは、16ビットマップをMATLABに直接導出したり、ソフトウェアを介して温度分布の偽カラー画像を生成したりすることができます。

生産地：ヨーロッパ