SpectraScan-R根系光谱扫描成像分析系统

一、 用途：

SpectraScan-R是一套专用于离体（ex-situ）根系VIS-NIR波段光谱扫描成像分析的仪器系统，完整植物根系取土后可直接进行可见光近红外高光谱扫描成像分析，还可以进一步经过洗根后扫描成像然后通过专业软件进行根系分析，可以分析根系长度、直径、面积、体积、根尖记数等，还可以分析新生根系、根系水分分布、根系生化结构二维时空分布成像等，甚至可以通过高光谱技术二维成像分析根系土壤基质有机碳、水分含量等时空动态变化。功能强大，操作简单，软件可分析植物根系的形态，色彩、分级伸展分析及根系的整体结构分布等等。可广泛应用于植物根系动态、植物表型分析、植物胁迫、土壤生态修复、湿地监测等领域。

二、 原理：

SpectraScan-R根系分析系统利用高质量RGB图形扫描仪及高光谱成像系统，获取高分辨率植物根系可见光图像及高分辨率光谱数据，然后通过专业分析软件对根系形态结构、光谱特征、生化组成等进行分析。扫描仪在扫描面板下方和上盖中安装有专门的双光源照明系统，并且在扫面板上预留了双光源校准区域。扫描时，扫面板下的光源和上盖板中的光源同时扫过高透明度根盘中的根系样品，这样可以避免根系扫描时容易产生的阴影和不均匀等现象的影响，有效地保证了获取的图像质量。

WinRHIZO软件可以读取TIFF，JPEG标准格式的图像。针对获取的图像，利用插入加密狗解密的软件，同时配合厂家针对扫描仪配置的Scanner.cal校准文件，对扫描获得的高质量根系图像进行分析。采用非统计学方法测量计算出交叉重叠部分根系长度、直径、面积、体积、根尖等基本的形态学参数；利用软件的色彩等级分析功能、高光谱成像分析，还可以对根系RGB、近红外光谱进行分析，从而进行根系存活数量、水分、根系生长和营养状况、土壤基质等方面进行分析研究；利用软件的高级分析功能，还可以对完整的植物根系图像进行根系连接分析（研究根系分支角度、连通性等形态特征）、根系拓扑分析（研究根系连接数量、路径长度）和根系分级伸展分析（记录根系整体等级分布情况）。从而满足研究者针对植物根系不同类别和层次的研究。

三、 组成：

1、 图像扑捉系统：经过厂家调试的标准根系扫描设备，匹配专门的光源、具有永久校正特点、根系固定装置等

2、 高光谱成像分析单元，对根系及土壤基质进行高光谱成像

3、 根系分析系统：基本版 /标准版 /专业版WinRHIZO分析软件

4、 电脑（最低配置：Pentium III / 64 MB内存 / 17"显示器）用户自备

光谱扫描设备类型及区别见下表：

**WinRhizo Pro版本包括蓝色背景板

四、 基本技术指标：

1、不同版本WinRhizo主要技术指标：

* 拟南芥版具有专业版所有功能，另外还可针对拟南芥类植物的细小、交叉根系进行测量

2、VIS-NIR光谱扫描成像分析：

1) 高光谱扫描成像分析波段：400-1000nm（标配），可选配900-1700nm或1000-2500nm短波红外波段

2) 智能一体式高光谱扫描成像技术（标配），内置自动推扫系统、取景器相机等，高度便携，集光谱成像数据采集、可视化数据处理、触摸屏与控制键等于一体，采用图形用户界面（GUI）

3) 高光谱分析软件采用SAM算法及Savitzky-Golay滤波器技术，可创建类别或分级模型并建立App直接导入高光谱成像仪使用，建议同时选配ENVI软件

4) 取景器相机分辨率5Mpix，高光谱成像空间分辨率512x512（标配），可选配1024x或其它分辨率高光谱成像分析

5) 4.3”触摸屏、13操作键（标配）

6) 光谱分辨率7nm（标配），波段数204（标配）

7) 标配视野31度，成像距离15cm至无穷远，1m距离成像视野55x55cm

8) 具备默认模式、自动筛选模式、客户定义APP模式及自动时间间隔记录模式

9) 根系RGB颜色分析（专业版RGB扫描分析软件）：根的长度、面积、体积、根尖计数、根系存活数量等研究（对根系或者根系附着菌种颜色进行分类，如健康根、浅程度受害根、重程度受害根等，软件可计算每种颜色根系的总长、总表面积、总体积、总根尖数量；每种颜色根系的平均长度、平均表面积、平均直径等）

10) 根系连接（link）分析（专业版RGB扫描分析软件）：用于根系分支角度、连通性等形态研究（与拓扑和发育分析最大的区别是，link分析可以针对非完整根系！软件给出的结果有分析对象的根系平均直径、平均长度、平均表面积、每个分叉角度的平均值；分叉的总数量；每个分叉的长度、表面积、平均直径、角度、级别等）

11) 根系拓扑（Topology）分析（专业版RGB扫描分析软件）：连接数量、路径长度等研究（需要根系完整）（必须是要完整的根系扫描图像。软件可计算主根的长度、所有次级根的总长度、平均长度、平均直径、平均表面积；每一级分叉的下级总分叉数量；每一级分叉的总数量等）

12) 根系发育（Development）分析：记录根系整体等级分布情况（可通过专业版分析软件需要要完整的根系扫描图像。软件可计算每一个分级根系总长、总表面积，平均长度、平均直径、平均表面积等） 

五、 产地：客户定制集成技术