多光谱测量植物激光三维扫描仪PlantEye F500隆重面世

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。

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。

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。

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

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

PlantEye F400和F500的技术参数对比

* 根据需求提供

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