未來幾十年中，由于人口暴增、氣候變化、耕地限制、環(huán)境資源短缺等因素的影響，人類面臨巨大的糧食挑戰(zhàn)。需要從兩方面考慮來提高作物生產(chǎn)力：改良育種和栽培管理。對(duì)作物功能的描述和深入理解是改良育種和優(yōu)良栽培管理的基礎(chǔ)。將作物功能性狀與基因組關(guān)聯(lián)起來，將加速針對(duì)特定環(huán)境和管理方式的設(shè)計(jì)育種過程，以及加速遺傳資源的挖掘過程。同理，對(duì)植物功能的深入了解將極大促進(jìn)作物的栽培管理。作物功能模型可以集聚上述知識(shí)，促進(jìn)特定環(huán)境下的植物生長(zhǎng)管理。

植物表型

指的是植物遺傳在特定環(huán)境下表達(dá)出來的植物特性，包括結(jié)構(gòu)、生化、能量傳遞過程等。植物表型組學(xué)可以認(rèn)為是研究植物表型特征的科學(xué)，涵蓋器官、植株、冠層功能等多種尺度。

植物表型組學(xué)是一種跨學(xué)科的科學(xué)，涵蓋生理學(xué)、生物學(xué)、遺傳學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)量學(xué)和其它相關(guān)學(xué)科。

植物表型成像系統(tǒng)的出現(xiàn)是學(xué)科發(fā)展的必然結(jié)果，便攜式、經(jīng)濟(jì)型植物表型分析設(shè)備已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，在田間長(zhǎng)期值守的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的設(shè)備廣受研究人員關(guān)注，在這個(gè)領(lǐng)域Aquation的自開合葉綠素?zé)晒庵凳販y(cè)量系統(tǒng)、Videometer Portable手持式多光譜測(cè)量系統(tǒng)以及Hiphen IoT田間多光譜測(cè)量值守系統(tǒng)代表了業(yè)界水準(zhǔn)，田間環(huán)境表型分布式測(cè)量系統(tǒng)，也逐漸為廣大客戶所接受。

WIWAM溫室植物表型成像系統(tǒng)集植物自動(dòng)傳送技術(shù)、自動(dòng)澆灌稱重技術(shù)、葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)、多光譜激光雷達(dá)成像技術(shù)、高光譜成像技術(shù)、RGB成像技術(shù)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)根窗技術(shù)全自動(dòng)根系表型觀測(cè)，高通量、無損傷、全自動(dòng)、實(shí)驗(yàn)觀測(cè)分析植物形態(tài)結(jié)構(gòu)與生理功能形狀表型，成為表型組學(xué)與遺傳育種科研機(jī)構(gòu)的重要平臺(tái)，如比利時(shí)VIB所、比利時(shí)根特大學(xué)、澳大利亞表型組織、拜耳作物等等。 

WIWAM移動(dòng)式植物表型成像系統(tǒng)

WIWAM Mobile移動(dòng)式植物表型成像系統(tǒng)（WIWAM Mobile）為大型移動(dòng)式植物表型成像系統(tǒng)，4輪驅(qū)動(dòng)，以便于大田移動(dòng)，適于溫室及野外作物原位表型成像分析測(cè)量，具備WIWAM幾乎所有成像分析功能及表型大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)等。標(biāo)配為RGB成像分析、葉綠素?zé)晒獬上穹治?、多光譜成像，可選配高光譜成像、紅外熱成像、激光雷達(dá)成像等功能模塊，成像高度可調(diào)（標(biāo)配植株高度可達(dá)1.5m），是田間作物高通量表型分析、植物生理生態(tài)研究的重要儀器設(shè)備，因采用了適合田間的傳感器，可直接對(duì)野外植物或田間栽培作物進(jìn)行原位成像測(cè)量分析。

WIWAM Imaging Box臺(tái)式植物表型成像系統(tǒng)

WIWAM臺(tái)式植物表型成像系統(tǒng)具備所有WIWAM植物表型成像分析功能，包括3D RGB成像分析、3D多光譜激光雷達(dá)成像分析、葉綠素?zé)晒獬上穹治?、高光譜成像分析（400-1700nm）、紅外熱成像分析，可進(jìn)行對(duì)植物進(jìn)行3維表型成像分析。適于實(shí)驗(yàn)室或溫室作物表型成像分析研究。 

Phenomobile移動(dòng)式植物表型成像分析平臺(tái)

Phenomobile移動(dòng)式植物表型成像分析平臺(tái)戶外植物表型成像分析專門設(shè)計(jì)，采用手工推動(dòng)或馬達(dá)腳輪驅(qū)動(dòng)方式，方便大型溫室內(nèi)或戶外不同區(qū)域間移動(dòng)使用，極大地提高了載樣方便性和使用效率，所采用傳感器為適應(yīng)戶外使用傳感器，可在自然光條件下對(duì)植物樣品進(jìn)行成像分析，Phenomobile標(biāo)配包括4個(gè)功能模塊：多光譜成像模塊、3D激光掃描三角測(cè)量、RGB 3D成像測(cè)量、高光譜成像模塊，以提供完備的作物表型3D建模與成像測(cè)量分析。

Phenomobile全自動(dòng)植物表型成像機(jī)器人

 全自動(dòng)植物表型成像機(jī)器人系統(tǒng)Phenomobile

該P(yáng)henomobile植物表型成像車為法國(guó)Hiphen公司自主研制，專有軟件分析系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)可在2.5m寬通道運(yùn)行，遠(yuǎn)程聚焦可達(dá)12m，可向各個(gè)方向移動(dòng)，測(cè)量頭高度可在1.0-4.5m之間進(jìn)行調(diào)整。Phenomobile可沿微型田塊按照預(yù)設(shè)軌跡運(yùn)行，因彩頁(yè)了RTK GPS定位，精度可達(dá)厘米級(jí)。

技術(shù)參數(shù)

田間多光譜表型測(cè)量平臺(tái)

Hiphen田間物聯(lián)網(wǎng)IoT是無線傳感器的*組合，用于不間斷監(jiān)控植物和環(huán)境狀態(tài)。Hiphen解決方案之一就是實(shí)現(xiàn)田間試驗(yàn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。土壤和環(huán)境條件是植物生長(zhǎng)的重要因素，Hiphen的IoT系統(tǒng)設(shè)計(jì)了各種傳感器，包括氣象、土壤條件、PAR以及RGB圖像，數(shù)據(jù)15分鐘傳輸一次。日常數(shù)據(jù)和圖像由田間IoT傳感器采集，圖像處理后，獲得的有價(jià)值變量用于試驗(yàn)決策支持。變量以易于解讀的圖表在Hiphen科學(xué)網(wǎng)站界面上顯示，每天進(jìn)行更新。

以下是采用該IoT系統(tǒng)對(duì)西紅柿NDVI植被指數(shù)、土壤濕度、土壤溫度等進(jìn)行監(jiān)測(cè)的實(shí)例

Airphen遙感植物表型分析平臺(tái)

 Airphen遙感植物表型分析平臺(tái)搭載Airphen多光譜相機(jī)、RGB成像、紅外熱成像等單元組成的近地遙感植物表型成像分析平臺(tái)，可與地面Hiphen IoT、地面環(huán)境遙感平臺(tái)、葉綠素?zé)晒忾L(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等組合使用，從葉片水平到冠層水平，全面、高通量、無損傷觀測(cè)分析植物表型。多光譜成像系統(tǒng)Hiphen公司中國(guó)區(qū)總代理和技術(shù)中心，博普特將為廣大客戶提供從溫室到室外、從便攜到高通量的植物表型成像產(chǎn)品和系統(tǒng)解決方案。

臺(tái)式多光譜植物表型成像系統(tǒng) 

VideometerLab型多光譜表型成像系統(tǒng)多光譜成像傳感器是近幾年研究用于監(jiān)測(cè)不同環(huán)境中農(nóng)作物和植被的有效工具。植物的生理學(xué)，形態(tài)學(xué)或生物化學(xué)信息可以通過非接觸的方式以及不同尺度下評(píng)估。例如，利用多光譜傳感器用于植物表型分析或農(nóng)業(yè)中的生理脅迫研究。多光譜成像傳感器是近幾年研究用于監(jiān)測(cè)不同環(huán)境中農(nóng)作物和植被的有效工具。植物的生理學(xué)，形態(tài)學(xué)或生物化學(xué)信息可以通過非接觸的方式以及不同尺度下評(píng)估。例如，利用多光譜傳感器用于植物表型分析或農(nóng)業(yè)中的生理脅迫研究。截至目前，市面上有各種非成像和成像高光譜傳感器可供選擇，這些儀器進(jìn)行測(cè)量的過程相當(dāng)復(fù)雜，高光譜數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，迫切需要波段較多的手持式多光譜表型成像系統(tǒng)，因此，現(xiàn)代化檢測(cè)及研究中對(duì)易于用戶操作的多光譜傳感器的需求日益增加。 Videometer可一致地獲得了高質(zhì)量多光譜數(shù)據(jù)。同時(shí)，Videometerlab還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)植物表型的鑒定以及病害研究檢測(cè)等，在植物科學(xué)研究及其他領(lǐng)域具有無限可能。

1、Videometer Portable 多光譜表型成像系統(tǒng)對(duì)小植株的生理脅迫研究

通過植被指數(shù)可評(píng)估不同狀態(tài)下植被的生理結(jié)構(gòu)和功能特性，包括生物量、冠層結(jié)構(gòu)、葉面積指數(shù)、葉綠素含量以及植物冠層的光利用效率等。研究表明，Videometer 可用于擬南芥中葉綠素（NDVI）和葉黃素（PRI）的含量的檢測(cè)，并能評(píng)估植株樣本的狀態(tài)。通過驗(yàn)證具有代表性的植被指數(shù)，可為其它植被指數(shù)的評(píng)估計(jì)算提供樣例，并為在植被研究領(lǐng)域獲得更多生理信息奠定了基礎(chǔ)。

2、Videometer對(duì)種子病害的研究

 Videometer 可對(duì)種子真菌感染，如鐮刀菌感染情況進(jìn)行研究，例如病斑所占比例等。

 3.Videometer 大麥白粉病的研究

歌本哈根大學(xué)的專家利用Videometer多光譜表型研究平臺(tái)在Frontiers in Plant　Sciences 上發(fā)表了名“Screening of Barley Resistance Against Powdery Mildew  by Simultaneous High-Throughput Enzyme Activity Signature Profiling and Multispectral Imaging”的文章，研究人員利用了Videometer公司開發(fā)的多光譜表型研究平臺(tái)，波段范圍從400-1000nm，共計(jì)10個(gè)波段。

 多光譜成像作為非接觸式的測(cè)量傳感器，在植物疾病嚴(yán)重程度與宿主植物對(duì)特定植物病原體的易感性的評(píng)估方面有很大的應(yīng)用。根本哈根大學(xué)利用Videometer設(shè)備研究利用其評(píng)估了不同大麥品種在冠層尺度上的白粉病嚴(yán)重程度，并通過多光譜成像結(jié)合數(shù)據(jù)分析方法評(píng)估品種的不同疾病嚴(yán)重程度。

VideometerMR根系多光譜成像系統(tǒng)

根系是植物的重要組成部分，植物吸收土壤中的水分與養(yǎng)分全依賴根系，所以根系的研究對(duì)于植物各學(xué)科來說都至關(guān)重要，根系是陸地生態(tài)系統(tǒng)“隱藏的一半”，而且是動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)的，對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確取樣、觀察和測(cè)定存在一定困難。所以，根系研究方法的選擇，相對(duì)于對(duì)地上部分而言對(duì)研究結(jié)果具有更大的影響。 丹麥Videometer公司開發(fā)的根系多光譜原位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是世界目前一款根系多光譜測(cè)量系統(tǒng)，整體性能指標(biāo)處于水準(zhǔn)，已經(jīng)在丹麥歌本哈根大學(xué)使用并取得了成績(jī)。

廣大科研工作者為了研究根系，應(yīng)用了很多方法，從傳統(tǒng)的挖掘法、根鉆法、玻璃壁法、容器法等等，到現(xiàn)代的根窗法、微根管法等等，取得了很多科研成果。隨著科技的發(fā)展，越來越多的現(xiàn)代高精尖技術(shù)應(yīng)用到根系研究中來，多光譜成像技術(shù)就是其中一種，它集光譜和圖像為一體，含有海量的光譜信息和空間信息，這些信息體現(xiàn)了植物各種器官、組織的諸多表型特性，該技術(shù)圖譜合一的特性使其在根系表型方面具有較大潛力。

丹麥Videometer公司開發(fā)的根系多光譜原位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是做根系研究的革新性專業(yè)裝備，無論對(duì)于淺根系蔬菜還是淺根系喬木，都具有現(xiàn)實(shí)性研究意義。目前在根系研究領(lǐng)域中，對(duì)于玉米根系和小麥根系所作的研究比較多，但大多還采用傳統(tǒng)不可重復(fù)的挖掘方法。植物根系原位監(jiān)測(cè)儀的出現(xiàn)，改變了這種情況，使得植物研究人員在對(duì)根系進(jìn)行研究的過程中，可以使用原位的方式，無損傷的進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

根系是植物主要吸水、營(yíng)養(yǎng)物等器官，通過對(duì)根系監(jiān)測(cè)和研究，能優(yōu)化水肥方案，促進(jìn)農(nóng)作物、林業(yè)等產(chǎn)業(yè)增產(chǎn)增效，有利于土地荒漠化治理、土壤修復(fù)等。但長(zhǎng)期以來，對(duì)根系研究主要是采用挖掘法、土鉆法、土柱法、容器法、剖面法等傳統(tǒng)方法，采樣破壞性大、工作量大，嚴(yán)重阻礙了根系研究的深入開展?！犊茖W(xué)》雜志曾出版專輯認(rèn)為，“人類對(duì)自己腳下土壤的了解遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及對(duì)宇宙的了解”，更是佐證了地下生態(tài)學(xué)研究難度之大。因此，對(duì)根系研究方法的選擇和改進(jìn)，對(duì)科研結(jié)果影響巨大。

丹麥根本哈根大學(xué)科學(xué)家等利用多光譜成像系統(tǒng)對(duì)植物植株、根系進(jìn)行成像研究，取得了前瞻性的成果。

該研究以深根系大麥為研究對(duì)象，將大麥下方埋了有3m長(zhǎng)的微根管，使用Videometer公司的Videometer MR多光譜成像系統(tǒng)，定期通過根窗透明面對(duì)根系成像分析。原始光譜圖像經(jīng)過Videometer自帶軟件一系列算法處理后得到目標(biāo)根系圖像，隨后進(jìn)行閾值分割、模糊聚類等模型分析，得到根系的形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)。

傳統(tǒng)的RGB可見光成像技術(shù)是利用顏色識(shí)別根系，前提是根系和土壤之間要有比較明顯的色差，但實(shí)際根系生長(zhǎng)在土壤中，顏色差異并不明顯，這樣根系識(shí)別可能會(huì)造成比較大的誤差，RGB可見光成像技術(shù)使用就會(huì)受限。歌本哈根將多光譜成像技術(shù)和傳統(tǒng)的RGB成像技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比，顯示多光譜成像技術(shù)基于光譜特征在根系識(shí)別上的明顯優(yōu)勢(shì)，并且對(duì)多光譜成像另一項(xiàng)*的功能進(jìn)行了初步探討——即光譜特征對(duì)于根系生化特性的識(shí)別（例如細(xì)根發(fā)生、成熟、衰老、死亡的周轉(zhuǎn)過程；例如根際分泌物成分的變化等），顯示了多光譜成像技術(shù)在根系研究領(lǐng)域的巨大潛力。

Videometer系列多光譜成像系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于：植物/作物表型組學(xué)研究分析；根系分析；作物育種與種子品質(zhì)檢測(cè)；植物/作物脅迫生理響應(yīng)；作物病理學(xué)分析與病原檢測(cè)；食品檢測(cè)；中藥成分分析與品質(zhì)檢測(cè)。來自哥本哈根大學(xué)、丹麥理工大學(xué)以及丹麥Videometer公司的專家在剛剛利用該設(shè)備在Plant and Soil上發(fā)表了題為A multispectral camera system for automated minirhizotron image analysis的文章，早些利用該設(shè)備進(jìn)行研究的文章題為Frontiers in Plant　Sciences，Screening of Barley Resistance Against Powdery Mildew  by Simultaneous High-Throughput Enzyme Activity Signature Profiling and Multispectral Imaging。

Frauhofer植物根系計(jì)算機(jī)CT斷層掃描系統(tǒng)

基于X光的計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)（CT）廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究各個(gè)領(lǐng)域，如制藥、納米科學(xué)、材料科學(xué)以及植物科學(xué)等領(lǐng)域。得益于X光CT技術(shù)，在農(nóng)業(yè)以及植物科研進(jìn)展也十分迅速。X光CT成像方法使得高通量、無損、無干擾測(cè)量植物根系統(tǒng)成為可能，也使得植物生長(zhǎng)期間對(duì)下游復(fù)雜機(jī)制的研究成為可能。到目前為止，已經(jīng)采集到大量植物CT掃描數(shù)據(jù)，但如何有效、對(duì)其進(jìn)行分析，還面臨著挑戰(zhàn)?？蒲腥藛T經(jīng)過對(duì)植物根系3D CT斷層掃描的有效的統(tǒng)計(jì)以及計(jì)算方法進(jìn)行了回顧。基于圖像的植物根系分析方法劃分如下 (1) 根分區(qū)切割，例如，（1）將根系與非根背景區(qū)分；(2)根系統(tǒng)重建；(3) 提取高層級(jí)表型性狀。

在設(shè)備開發(fā)領(lǐng)域，德國(guó)Frauhofer研究院毫無疑問處于執(zhí)牛耳的位置，專門成立的植物表型研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了系列適用植物科學(xué)研究的計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)，如便攜式計(jì)算機(jī)掃描系統(tǒng)，臺(tái)式高精度計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)以及落地式大成像面積計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)以及高通量根系表型斷層掃描系統(tǒng)。

北京博普特科技有限公司擁有全面植物表型成像產(chǎn)品和系統(tǒng)解決，致力于為植物表型組學(xué)發(fā)展提供全面、的一站式解決方案。