植物中病害、光合、热检测方案(高光谱仪)

易 科 泰 生 态 技 术 有 限 公 司 Ecotech Science and Technology Ltd. 光谱成像技术及其应用 高光谱成像 叶绿素荧光成像 红外热成像 一、Specim高光谱成像技术 芬兰Specim公司，国际高光谱成像技术的领导者，其产品技术涵盖可见光-近红外（VNIR）、短波红外（SWIR）、中波红外（MWIR）及长波红外LWIR高光谱成像，广泛应用于植物/作物科学、农业科学、中药学、地质地球科学、生态与环境科学及工业领域等。 植物/作物表型组学研究分析 作物育种与种子品质检测 食品检测 植物/作物胁迫生理响应 作物病理学分析与病原检测 中药成分分析与品质检测 Specim IQ 手持式VNIR高光谱成像仪 IQ手持式高光谱成像仪是Specim于2017年研制生产的最新轻便型高光谱成像仪，集高光谱数据采集、数据处理和处理结果可视化于一体，一经问世即引起全球的关注，并荣获德国设计协会“红点设计奖”——国际公认的全球工业设计顶级奖项、连续两年获得“inVISION全球顶级创意奖”（inVISION Top Innovations 2018 award）。IQ同时在相机中直接集成了操作控制系统，通过相机自带的触摸屏就可实时实现基本数据的采集和分析过程，实现智能化操作，克服了市场上高光谱相机操作复杂、使用不便等缺点。 主要技术性能指标： 机身小巧轻便，只有1.3kg，实现轻松手持操作； 具备光谱和取景器双镜头 一体式设计，内置自动推扫、数据采集处理、操作系统、触摸屏及操作键、GPS等 现场实时快速检测、全自动智能分析、高质量光谱大数据 波段范围400-1000nm，7nm光谱分辨率，204个波段 图像分辨率512x512像素，像素大小17.58um 视野31度，物距15cm至无穷远，1m视野55x55cm 数据格式：Specim数据集，与ENVI等兼容 32GB SD存储卡，可通过USB输出 5200mAh锂电电池 防护级别：IP5x，可选配防护外套 应用案例： Specim公司与德国波恩大学等机构合作，利用Specim IQ高光谱成像仪，对作物病害与表型进行了研究分析，并发表论文“Specim IQ: Evaluation of a New, Miniaturized Handheld Hyperspectral Camera and Its Application for Plant Phenotyping and Disease Detection”(Sensor, 2018) Specim FX10/FX17轻便型高光谱成像仪 FX10/FX17高光谱成像仪为Specim 2016年研制生产，是世界上成像速度最快的轻便型高光谱成像仪，涵盖400-1000nm（FX10）和900-1700nm（FX17）两个波段，2017年被inVISION杂志评为“机器视觉最佳创新奖”。 SPECIM FX10&FX17高光谱成像系统将可见光近红外（VNIR或NIR）光谱与高分辨率成像相结合，采用推扫式（pushbroom）成像技术对运动的样品或在运动中对静止的样品进行逐线全波段光谱采集并同步生成图像，获取样品化学成分的量化数据以及空间分布等详细信息，图像中每一象素都记录了其对应样品点的化学组成、质量、颜色等信息的光谱特征，用于对样品进行定性、定量分析。 功能特点： 拥有GigE Vision和CameraLink两种接口选择，配置软件开发包，满足用户的多样化需求 线阵推扫成像方式，在具有高速成像的同时，同一时间获得目标区域的所有光谱信息数据，保证每一个空间像素的光谱纯洁度，为客户提供更加真实准确的高光谱数据 采用高透光率的光学设计（F/1.7），把相机的聚光能力提升到了一个崭新的标准，并且只需要一个线光源就可满足设备需求 经过实验室统一进行波长标定，保障每台设备都可产生相同的可重复光谱数据，方便安装和替换，无需返厂再次标定 高灵敏度快速光学结构，成像速度快，全谱段采集速度为330行/秒 采集方式灵活，具备多区域选择功能（MRO），波段可选，既可选择采集全部220波段，也可选择感兴趣的任一波段 结构紧凑小巧，操作简便 高速成像、高信噪比 可选配不同扫描平台对植物、种子等进行高光谱扫描成像分析，包括旋转式扫描支架、实验室扫描平台（有40x20cm和100x50cm两种规格）等 主要技术指标： FX10 FX17 波段范围 400-1000nm 950-1700nm 波段数量 224 224 光谱分辨率 FWHM 5.5nm 8nm 空间分辨率 1024像素 640像素 帧频 330 FPS 670 FPS 视野（FOV） 38度 38度 光圈 F/1.7 F/1.7 信噪比（SNR） 600:1 1000:1 端口 CameraLink/GigE CameraLink/GigE 尺寸规格 150x85x71mm 150x85x71 重量 1.26kg 1.56kg sisuCHEMA高光谱成像分析系统 sisuCHEMA高光谱成像分析系统是一套完整的高光谱成像分析工作站，整合了VNIR至SWIR高光谱成像技术、自动扫描技术及高光谱物质分析技术（软件），使用者只需要将放置在样品盘中的待检样品置于推扫台上，即可通过软件进行扫描控制，实时进行光谱二维影像信息的获取和保存，可同时对大量的样品或不同形状的样品进行光谱成像测量分析，包括组成成分/化学组成量化数据及其分布信息等，样品最大为200x300x45mm，对10mm以下样品其分辨率可达30 μm。 植物表型组学研究分析 蛋白组学研究分析 代谢组学研究分析 藻类表型研究分析 种子品质检测、活力检测 植物病理、病原检测 中草药检测研究 根系分析 食品检测分析 海洋科学研究 主要技术指标： VNIR NIR SWIR 波段范围 400-1000nm 900-1700nm 1000-2500nm 光谱分辨率 FWHM 2.8nm 6nm 10nm 空间分辨率/行 1312像素 320像素 384像素 像素大小 38 - 152 μm 30 - 600 μm 24 - 600 μm 视野 50-200mm 10-200mm 10-200mm 扫描速度 最大100行/秒，对应3mm/s@30 μm像素、30mm/s@300 μm像素 扫描时间 320x320分辨率@256波段情况下小于7秒 照明 Specim 线性散射光源 数据格式 BIL格式，与ENVI兼容 校准 光谱出厂前已校准，每次扫描分析前自动参照标定 应用案例： Priscila S.R.Aries、Everaldo P. Medeiros等利用近红外sisuCHEMA高光谱成像分析系统（波段范围1000-2500nm），对棉花炭疽病等病原进行了研究，论文发表在2018年J.Spectral Imaging（Near infrared hyperspectral images and pattern recognition techniques used
to identify etiological agents of cotton anthracnose and ramulosis） Maxleene Sandasi、Alvaro Viljoen等，利用sisuCHEMA高光谱成像分析技术，对不同品种人参进行了定性分析研究，认为是一种简单快速非损伤性鉴定检测技术。论文发表在2016年Molecules（The Application of Vibrational Spectroscopy Techniques in the Qualitative Assessment of Material Traded as Ginseng） Paul J.Williams等利用sisuCHEMA高光谱成像技术，对镰刀霉属生长特性及其品种差异进行了研究，论文发表在2012年Anal Bioanal Chem.上（Near-infrared (NIR) hyperspectral imaging and multivariate image analysis to study growth characteristics and differences between species and strains of members of the genus Fusarium）。 二、FluorCam叶绿素荧光成像技术 PSI公司首席科学家Nedbal教授与公司总裁Trtilek博士等首次将PAM叶绿素荧光技术与CCD技术结合在一起，研制成功了FluorCam叶绿素荧光成像技术（Nedbal等，2000），并于1997年为美国华盛顿大学提供了第一台商业FluorCam系统。FluorCam叶绿素荧光成像技术成为上世纪90年代叶绿素荧光技术的重要突破，使科学家们对光合作用与叶绿素荧光的研究一下子进入二维世界，并成为现代基因组学、表型组学及遗传育种研究的有力工具。（详细介绍参见“FluorCam叶绿素荧光技术及其应用”） 易科泰生态技术公司提供全面叶绿素荧光成像技术方案： FKM叶绿素荧光动态显微成像与光谱分析系统——细胞与亚细胞水平叶绿素荧光与多光谱荧光动态成像（参见上图） FluorCam便携式叶绿素荧光成像系统——野外便携式叶绿素荧光成像分析的最佳选择 FluorCam封闭式叶绿素荧光成像系统——植物生理生态研究、台式高通量表型分析 FluorCam模块式叶绿素荧光成像系统——有13x13cm标准版和20x20大型版，可选配多激发光多光谱荧光成像 FluorCam大型版叶绿素荧光成像平台，有实验室版和野外版供选配，成像面积35x35cm FluorCam多光谱荧光成像技术方案 FluorCam样带扫描式叶绿素荧光成像系统 FluorCam光合联用叶绿素荧光成像系统 FluorCam叶绿素荧光与高光谱成像联用系统 FluorCam叶绿素荧光成像与红外热成像联用系统 三、红外热成像技术 所有高于绝对零度（-273摄氏度）的物体都会发出红外辐射（热量），这种辐射热可以用红外辐射传感器测量到，如易科泰生态技术公司提供的Spectra-Thermo光谱与热辐射监测系统，可以用于监测光合有效辐射、NDVI/PRI及叶片、冠层、树干等的温度。 红外热成像则可以对视野内物体发出的红外辐射热进行成像（参见上右图），使物体表面温度分布可视化（一般用伪彩显示二维温度变化）。 易科泰生态技术公司为植物科学研究提供红外热成像测量分析全面解决方案： 科研级红外热成像，多点黑体和环境温度校准并具备校准证书，保障每个像素都给出精确的温度值 波段7.5-13.5μm，分辨率640x512像素，温度灵敏度可达0.03摄氏度（30mk） 强大的软件分析功能，可即时显示任意点的点温、线性范围温度分布曲线、任意区域范围平均温度及最大最小温度、温度分布频率直方图、3D温度分布等等 手持式、在线式、固定监测式等不同选配方案 红外热成像与叶绿素荧光成像技术集成方案 红外热成像与高光谱成像技术集成方案 红外热成像与RGB融合成像分析技术方案 无人机红外热成像遥感技术方案 应用于植物气孔导度研究、植物胁迫特别是干旱胁迫成像分析研究等 左图：野外红外热成像监测；右图：稻田干旱胁迫红外热成像分析研究 左图：小麦抗旱性监测；右图：无人机红外热成像遥感监测作物干旱胁迫 北京市海淀区高里掌路翠湖云心3号院6号楼1单元101B，邮编：100195 Http: //www.eco-tech.com.cn Tel.: +86 10 82611269/1572 Fax: +86 10 62536325 Email: sales@eco-tech.com.cn info@eco-tech.com.cn 光谱成像技术方案及其应用高光谱成像叶绿素荧光成像红外热成像  一、Specim高光谱成像技术 芬兰Specim公司，国际高光谱成像技术的领先者，其产品技术涵盖可见光-近红外（VNIR）、短波红外（SWIR）、中波红外（MWIR）及长波红外LWIR高光谱成像，广泛应用于植物/作物科学、农业科学、中药学、地质地球科学、生态与环境科学及工业领域等。ü 植物/作物表型组学研究分析ü 作物育种与种子品质检测ü 食品检测ü 植物/作物胁迫生理响应ü 作物病理学分析与病原检测ü 中药成分分析与品质检测  1. Specim IQ 手持式VNIR高光谱成像仪IQ手持式高光谱成像仪是Specim于2017年研制生产的最新轻便型高光谱成像仪，集高光谱数据采集、数据处理和处理结果可视化于一体，一经问世即引起全球的关注，并荣获德国设计协会“红点设计奖”——国际公认的全球工业设计顶级奖项、连续两年获得“inVISION全球顶级创意奖”（inVISION Top Innovations 2018 award）。IQ同时在相机中直接集成了操作控制系统，通过相机自带的触摸屏就可实时实现基本数据的采集和分析过程，实现智能化操作，克服了市场上高光谱相机操作复杂、使用不便等缺点。 主要技术性能指标：1) 机身小巧轻便，只有1.3kg，实现轻松手持操作；2) 具备光谱和取景器双镜头3) 一体式设计，内置自动推扫、数据采集处理、操作系统、触摸屏及操作键、GPS等4) 现场实时快速检测、全自动智能分析、高质量光谱大数据5) 波段范围400-1000nm，7nm光谱分辨率，204个波段6) 图像分辨率512x512像素，像素大小17.58um7) 视野31度，物距15cm至无穷远，1m视野55x55cm8) 数据格式：Specim数据集，与ENVI等兼容9) 32GB SD存储卡，可通过USB输出10) 5200mAh锂电电池11) 防护级别：IP5x，可选配防护外套  应用案例：Specim公司与德国波恩大学等机构合作，利用Specim IQ高光谱成像仪，对作物病害与表型进行了研究分析，并发表论文“Specim IQ: Evaluation of a New, Miniaturized Handheld Hyperspectral Camera and Its Application for Plant Phenotyping and Disease Detection”(Sensor, 2018)   2. Specim FX10/FX17轻便型高光谱成像仪FX10/FX17高光谱成像仪为Specim 2016年研制生产，是世界上成像速度很快的轻便型高光谱成像仪，涵盖400-1000nm（FX10）和900-1700nm（FX17）两个波段，2017年被inVISION杂志评为“机器视觉最佳创新奖”。 SPECIM FX10&FX17高光谱成像系统将可见光近红外（VNIR或NIR）光谱与高分辨率成像相结合，采用推扫式（pushbroom）成像技术对运动的样品或在运动中对静止的样品进行逐线全波段光谱采集并同步生成图像，获取样品化学成分的量化数据以及空间分布等详细信息，图像中每一象素都记录了其对应样品点的化学组成、质量、颜色等信息的光谱特征，用于对样品进行定性、定量分析。 功能特点：1) 拥有GigE Vision和CameraLink两种接口选择，配置软件开发包，满足用户的多样化需求2) 线阵推扫成像方式，在具有高速成像的同时，同一时间获得目标区域的所有光谱信息数据，保证每一个空间像素的光谱纯洁度，为客户提供更加真实准确的高光谱数据3) 采用高透光率的光学设计（F/1.7），把相机的聚光能力提升到了一个崭新的标准，并且只需要一个线光源就可满足设备需求4) 经过实验室统一进行波长标定，保障每台设备都可产生相同的可重复光谱数据，方便安装和替换，无需返厂再次标定5) 高灵敏度快速光学结构，成像速度快，全谱段采集速度为330行/秒6) 采集方式灵活，具备多区域选择功能（MRO），波段可选，既可选择采集全部220波段，也可选择感兴趣的任一波段7) 结构紧凑小巧，操作简便8) 高速成像、高信噪比9) 可选配不同扫描平台对植物、种子等进行高光谱扫描成像分析，包括旋转式扫描支架、实验室扫描平台（有40x20cm和100x50cm两种规格）等主要技术指标：FX10FX17波段范围400-1000nm950-1700nm波段数量224224光谱分辨率 FWHM5.5nm8nm空间分辨率1024像素640像素帧频330 FPS670 FPS视野（FOV）38度38度光圈F/1.7F/1.7信噪比（SNR）600:11000:1端口CameraLink/GigECameraLink/GigE尺寸规格150x85x71mm150x85x71重量1.26kg1.56kg3. sisuCHEMA高光谱成像分析系统sisuCHEMA高光谱成像分析系统是一套完整的高光谱成像分析工作站，整合了VNIR至SWIR高光谱成像技术、自动扫描技术及高光谱物质分析技术（软件），使用者只需要将放置在样品盘中的待检样品置于推扫台上，即可通过软件进行扫描控制，实时进行光谱二维影像信息的获取和保存，可同时对大量的样品或不同形状的样品进行光谱成像测量分析，包括组成成分/化学组成量化数据及其分布信息等，样品最大为200x300x45mm，对10mm以下样品其分辨率可达30 μm。ü 植物表型组学研究分析ü 蛋白组学研究分析ü 代谢组学研究分析ü 藻类表型研究分析ü 种子品质检测、活力检测ü 植物病理、病原检测ü 中草药检测研究ü 根系分析ü 食品检测分析ü 海洋科学研究主要技术指标：VNIRNIRSWIR波段范围400-1000nm900-1700nm1000-2500nm光谱分辨率 FWHM2.8nm6nm10nm空间分辨率/行1312像素320像素384像素像素大小38 - 152 μm 30 - 600 μm 24 - 600 μm 视野50-200mm10-200mm10-200mm扫描速度最大100行/秒，对应3mm/s@30 μm像素、30mm/s@300 μm像素扫描时间320x320分辨率@256波段情况下小于7秒照明Specim 线性散射光源数据格式BIL格式，与ENVI兼容校准光谱出厂前已校准，每次扫描分析前自动参照标定应用案例： Priscila S.R.Aries、Everaldo P. Medeiros等利用近红外sisuCHEMA高光谱成像分析系统（波段范围1000-2500nm），对棉花炭疽病等病原进行了研究，论文发表在2018年J.Spectral Imaging（Near infrared hyperspectral images and pattern recognition techniques used
to identify etiological agents of cotton anthracnose and ramulosis）Maxleene Sandasi、Alvaro Viljoen等，利用sisuCHEMA高光谱成像分析技术，对不同品种人参进行了定性分析研究，认为是一种简单快速非损伤性鉴定检测技术。论文发表在2016年Molecules（The Application of Vibrational Spectroscopy Techniques in the Qualitative Assessment of Material Traded as Ginseng）Paul J.Williams等利用sisuCHEMA高光谱成像技术，对镰刀霉属生长特性及其品种差异进行了研究，论文发表在2012年Anal Bioanal Chem.上（Near-infrared (NIR) hyperspectral imaging and multivariate image analysis to study growth characteristics and differences between species and strains of members of the genus Fusarium）。  二、FluorCam叶绿素荧光成像技术 PSI公司首席科学家Nedbal教授与公司总裁Trtilek博士等首次将PAM叶绿素荧光技术与CCD技术结合在一起，研制成功了FluorCam叶绿素荧光成像技术（Nedbal等，2000），并于1997年为美国华盛顿大学提供了第一台商业FluorCam系统。FluorCam叶绿素荧光成像技术成为上世纪90年代叶绿素荧光技术的重要突破，使科学家们对光合作用与叶绿素荧光的研究一下子进入二维世界，并成为现代基因组学、表型组学及遗传育种研究的有力工具。（详细介绍参见“FluorCam叶绿素荧光技术及其应用”）  易科泰生态技术公司提供全面叶绿素荧光成像技术方案：1) FKM叶绿素荧光动态显微成像与光谱分析系统——细胞与亚细胞水平叶绿素荧光与多光谱荧光动态成像（参见上图）2) FluorCam便携式叶绿素荧光成像系统——野外便携式叶绿素荧光成像分析的极佳选择3) FluorCam封闭式叶绿素荧光成像系统——植物生理生态研究、台式高通量表型分析4) FluorCam模块式叶绿素荧光成像系统——有13x13cm标准版和20x20大型版，可选配多激发光多光谱荧光成像5) FluorCam大型版叶绿素荧光成像平台，有实验室版和野外版供选配，成像面积35x35cm6) FluorCam多光谱荧光成像技术方案7) FluorCam样带扫描式叶绿素荧光成像系统8) FluorCam光合联用叶绿素荧光成像系统9) FluorCam叶绿素荧光与高光谱成像联用系统10) FluorCam叶绿素荧光成像与红外热成像联用系统   三、红外热成像技术 所有高于绝对零度（-273摄氏度）的物体都会发出红外辐射（热量），这种辐射热可以用红外辐射传感器测量到，如易科泰生态技术公司提供的Spectra-Thermo光谱与热辐射监测系统，可以用于监测光合有效辐射、NDVI/PRI及叶片、冠层、树干等的温度。 红外热成像则可以对视野内物体发出的红外辐射热进行成像（参见上右图），使物体表面温度分布可视化（一般用伪彩显示二维温度变化）。 易科泰生态技术公司为植物科学研究提供红外热成像测量分析全面解决方案：ü 科研级红外热成像，多点黑体和环境温度校准并具备校准证书，保障每个像素都给出精确的温度值ü 波段7.5-13.5μm，分辨率640x512像素，温度灵敏度可达0.03摄氏度（30mk）ü 强大的软件分析功能，可即时显示任意点的点温、线性范围温度分布曲线、任意区域范围平均温度及最大最小温度、温度分布频率直方图、3D温度分布等等ü 手持式、在线式、固定监测式等不同选配方案ü 红外热成像与叶绿素荧光成像技术集成方案ü 红外热成像与高光谱成像技术集成方案ü 红外热成像与RGB融合成像分析技术方案ü 无人机红外热成像遥感技术方案ü 应用于植物气孔导度研究、植物胁迫特别是干旱胁迫成像分析研究等左图：野外红外热成像监测；右图：稻田干旱胁迫红外热成像分析研究 左图：小麦抗旱性监测；右图：无人机红外热成像遥感监测作物干旱胁迫