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植物病害表型成像诊断系统-Videomete多光谱表型成像平台

发布时间:2020-04-14 点击量:232

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随着植物表型组学的发展,很多植物表型研究的图像处理分析方法广泛应用到了植物病害表型研究、诊断和指纹图谱建设中,在所有的技术中,基于机器视觉的多光谱表型成像技术已经成为热点,其中丹麦Videometer公司开发的Videometer多光谱成像系统代表了植物病害表型研究标准之一。

植物病害阻碍植物正常生长,对蔬菜产品品质安全造成威胁,病害检测可以有效控制植物病害发展,是提高果蔬品质安全和可持续生产能力的一个重要途径。所有的绿色植物在受到紫外光或可见光激发时,都会发出可见光波段的荧光。基于植物荧光的成像技术,是利用计算机模拟人眼的视觉功能,在不破坏植株外观且不影响其生长的情况下,获取植物的荧光图像,并通过图像处理算法,对植物的健康状况做出判断。

Videometer公司开发出的VideometerLab多光谱荧光成像系统可获取植物内部信息、外部表型信息,受温湿度影响小、不局限于晴天采集等优点,系统配有19波段,设计采用了光照均匀的积分球混合光源照明,是一款利用标准观测环境的适时、无损检测的多光谱成像系统,经过验证,这种多光谱成像系统能够准确、稳定地重建出目标的光谱信息和颜色信息。利用该系统还可实现植物病害图谱建设。准确重建被测目标的颜色信息对实现可靠的植物病虫害诊断具有十分重要的意义。国内外已经有专家把多光谱成像技术应用于植物病虫害诊断,所采集的多光谱图像可以从光谱维和图像维反映被测目标的特征信息。多年研究和实践证明这种多光谱成像系统能够准确、稳定地重建出目标的光谱信息和颜色信息,该颜色重建符合CIE色域空间标准;除了常规的叶片以及病斑分析,针对植物病害比较微观的特点,Videometer还开发出了VideometerMic多光谱显微表型测量系统,对植物病害如真菌孢子等,进行显微角度多光谱测量。

种子病害研究

欧洲法律了特点的污染物,如来源于真菌Maxiumgehalten的霉菌毒素。该立法的目的是确保更好的保护公众健康。产生毒素的镰刀菌通常可在谷物上找到,人体每日允许摄入量仅为1 Μ g/kg体重。传统的真菌鉴别法耗时、耗力、昂贵。在传统方法中,通过测量生成毒素来检测真菌。通常需要在梯度温度和湿度水准下进行无氧培养。Videometerlab使用了可见光和近红外NIR波段(360-1050nm)多光成像技术,可直接测量真菌量。利用VideometerLab'多光谱测量系统,可以介绍成本,高效率测量真菌,省去培养时间。结合镰刀菌真菌校准方法,可在10秒内检测出谷物真菌。

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无污染      镰刀菌感染

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当然Videometerlab也可校准用于其它真菌。很显然该设备极为适合对谷物、咖啡、奶酪以及其它食品的等进行品质监控。另外,该设备还可用微生物学研究,可在培养皿中对菌落计数。

在种子工业领域使用快速、省时的健康诊断和鉴别技术将极大加速分析、特征描述以及新品系应用。研究人员利用多光谱成像技术以及单粒近红外光谱分析法 (SKNIR) 来测量冬小麦健康以及区分冬小麦品系 (Triticum aestivum L.) 以及冬小黑麦。

使用VideometerLab多光谱成像系统((405–970 nm 波长)可区分镰刀菌(Fusarium sp.)以及黑点病感染的种子表面。另外可结合SKNIR法来基于光谱特征不同来区分36个品系。

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健康种子与感染种子的比较图像比较

图中种子被黑点病(Alternaria sp.) 和镰刀菌感染(Fusarium sp.)(A) RGB-图像(B) nCDA-转换图(C) 种子培养后RGB图像,

植物病害研究

歌本哈根大学利用高通量多光谱植物表型平台进行大麦白粉病的研究。

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该VideometerLab 4多光谱成像系统广泛应用于植物病害研究,例如10秒内完成对镰刀菌感染的扫描。

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该多光谱成像系统未采用传统的耗时的样品制备过程,避免使用化学品以及昂贵耗材。镰刀菌是一种真菌疾病,通常感染小麦、大麦、燕麦、黑小麦的种子、芽、整个植株等。镰刀菌真菌导致的症状通常称为穗枯病。穗枯病常导致减产,但最主要的是在种子里生成霉菌毒素。霉菌毒素对人和动物都有害,在欧盟,强制要求对作物镰刀菌进行限制。为省时省力,专门设计的VideometerLab 4非常易于操作。对作物样品镰刀菌分析可分为3步。提取代表样品并将其放置在培养皿中,将培养皿插到VideometerLab 4支架上,启动测量。

利用频闪LED技术,VideometerLab 4将同时拍摄19个波段的照片365 nm - NIR 970 nm)。10秒内,镰刀菌感病程度将直接以假彩图显示,桔色或红色区域来指示感染程度。系统可计算总体感染率。

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系统可高精度检测叶斑感染,例如可从接种12天开始以及在出现明显症状前12天对整个油菜植物进行成像。研究中可利用假彩色光谱植被指数来对疾病程度进行定量、显示分布。另外,可对植物结构进行光学检测。另外还可利用其它相机重建叶片角度以及表型纹理。

多光谱成像系统可高精度检测叶斑病,该多光谱成像系统可广泛用于植物育种领域来选择抗性品系。

除了较宏观角度多光谱成像系统,VideometerMic可以对微观层面真菌、细菌等进行研究,实现显微多光谱成像。

北京博普特科技有限公司是丹麦Videometer公司中国区总代理,全面负责其系列产品在中国的市场推广、销售和售后服务。

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