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多光谱测量植物激光三维扫描仪PlantEye F500隆重面世
点击次数:2041 发布日期:2016-12-2  来源:本站 本站原创,转载请注明出处
 

在植物表型研究中,植物的三维结构是获取植物形态和结构参数的基础。植物激光三维扫描仪PlantEye(F400)是一个专门用于植物表型研究的高精度激光三维扫描仪,并能够自动计算一系列可靠的形态参数。尽管PlantEye功能强大,但它不能获取反映植物生理状态的颜色和其它光谱信息。

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在植物表型领域,高光谱传感器受到越来越多的重视。高光谱技术可以获取植物对不同光谱的吸收信息,进行植物的生理和组分变化研究。但是,高光谱图像的参数提取面临着巨大的计算挑战,并且传感器的造价很高。此外,成像条件会影响植物光谱的反射,例如叶片角度、传感器的距离等都会对结果造成影响。为了克服这个难题,出现了各种光谱指数,就是用几种不同波长的光谱进行比较从而对数据进行归一化处理。这样,只需要比较几个典型的光谱数据就可以反映植物状态。最典型的就是归一化植被指数NDVI。

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在植物表型研究中,当需要计算植被指数例如NDVI时,一般不需要用高光谱传感器获取所有波段的光谱图像,只需要用多光谱相机获取典型波段即可。这样既节省了费用,又降低了计算的难度。但是,上文中提到的成像条件(叶片角度、传感器距离等)还是会对成像结果产生影响。

PlantEye F500:3D与多光谱信息的完美融合

在高光谱和多光谱成像领域经常提到的挑战之一,就是怎样和三维深度信息结合起来分析。这需要将激光三维扫描仪和其它传感器结合起来测量,但是数据计算的复杂性很高。例如在传送型表型平台中,一般是在不同的成像暗房中安装不同的成像单元,然后植物依次进入不同的暗房进行成像测量。但在两个暗房之间的运动过程中,植物的形态可能已经发生了变化。将三维点云信息和高光谱信息结合起来计算就遇到了很大的难度。有人将两种不同的传感器安装在一个暗房中测量,但又遇到了成像角度不同的问题。

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针对上述问题,Phenospex提出了一种完美的解决方案——将激光三维扫描成像和多光谱成像集成到一个传感器中,即为PlantEyeF500。全新的多光谱激光三维扫描仪PlantEye F500能够在高精度测量三维点云信息的同时,测量400-900nm范围内7个波段的多光谱成像。这种创新的硬件传感器聚合,使得我们可以提供植物在X、Y和Z轴上所有坐标点的多光谱信息。通过点云的空间深度信息和角度信息,可以对光谱信息进行完美的校准,从而获得更加精准的数据。

 

左图:带RGB信息的三维点阵云图;右图:带近红外(NIR)信息的三维点阵云图

为了实现这种技术,Phenospex将现有的PlantEye技术和多光谱成像技术聚合成了一体,在激光三维扫描结束后立即测量7波段的多光谱成像。用这种方法,可以直接对三维点云和多光谱信息在一个数据报表里进行叠加计算,不需要复杂且费时费力的传感器数据聚合算法。这样,不仅能够提供植物的形态参数,还同时增加了植物生理参数。同时,PlantEye F500保留了PlantEye F400的强大特性,即在所有环境下包括全日照下都能够进行测量。

  

左图:PlantEye F400的测量原理示意图;右图:PlantEye F500的测量原理示意图

 

左图:PlantEye F400的外观尺寸;右图:PlantEye F500的外观尺寸

PlantEye F500能测量什么?

上一代的PlantEyeF400能够自动计算一系列的表型参数,例如:植物高度、3D叶面积、投影叶面积、数字生物量、叶片角度、叶面积指数、光穿透深度和叶片盖度等。

除了上述参数之外,PlantEyeF500可以测量植物每个点的多光谱反射。可以对单个波段进行分析获得如绿度、叶绿素、衰老等信息,也可以对几个波段进行分析获得归一化植被指数(NDVI)、增强型植被指数(EVI)、光化学反射指数(PRI)等等。PlantEye F500测量的波段可以从一系列波长列表中定制化选择,以满足不同应用领域的需求。PlantEye F500生成的每一个点云数据点(以开源PLY格式存储)都包括:

  • X、Y、Z空间信息
  • 红、绿、蓝和近红外的反射
  • 激光三维(940 nm)的反射
  • 用户指定的另外3个波段的反射

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波长选择

PlantEye F500拥有标准的红、绿、蓝和近红外4个波段。其它3个波段由用户在下订单时选择。目前能够提供的不同波长的LED包括

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PlantEye F400和F500的技术参数对比

  PlantEye F400 PlantEye F500
形态参数 7个 7个
光谱范围 940 nm 380-900 nm
光谱波段 7个
温度控制 控制激光温度 控制激光、LED和相机的温度
重量 5.1 kg 5.3 kg
尺寸 420 x 200 x 92 mm 440 x 210 x 99 mm
输入/输出 数字信号;外部触发 数字信号;外部触发;
RS232/RS485*;7通道闪光TTL输出
测量速率 50 XZ-profiles /s 50 XZ-profiles /s
工作温度 0~50℃ -10~50℃
工作湿度 0-100%R.H. 0-100%R.H.
激光等级 1M 1M
供电需求 24VDC或230VAC 24VDC;10-36VDC
功耗 30W 50W
防护等级 IP67 IP65
数据传输 WiFi WiFi,Ethernet
Y轴分辨率(Vscan=50mm/s) 1 mm 1 mm
分辨率(Z轴范围20cm) X轴0.22  mm,Z轴<0.1 mm X轴0.19  mm,Z轴<0.1 mm
分辨率(Z轴范围120cm) X轴0.8 mm,Z轴0.2 mm X轴0.7 mm,Z轴0.2 mm
分辨率(Z轴范围180cm) X轴1.8  mm,Z轴0.5 mm X轴1.5  mm,Z轴0.5 mm

* 根据需求提供

如果您希望获得该技术的价格信息,请将您的姓名+单位+电话+email发送到info@phenotrait.com,我们专业的销售工程师会尽快与您取得联系!

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【干货】3D植物表型研究方法概述

【视频】如何实现对植物的三维激光扫描和建模

【视频】看看国外的田间高通量植物表型平台长什么样?

发布者:慧诺瑞德(北京)科技有限公司
联系电话:010-51095381,51095382
E-mail:info@phenotrait.com


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