移動式激光3D植物表型平臺PlantEye

根據(jù)“Sensor-to-Plant”和“Know How”理念設(shè)計(jì)的表型平臺

PhenoSpex公司是由來自德國Julich研究中心（Forschungszentrum Julich，歐洲**的科研單位之一）和亞琛工業(yè)大學(xué)（德國*負(fù)盛名的理工科大學(xué)之一）的研究人員創(chuàng)辦的。PhenoSpex于2009年創(chuàng)辦于德國邊境古城亞琛，后來搬到荷蘭，兩個辦公地點(diǎn)僅僅相隔不到20公里。

移動式激光3D植物表型平臺PlantEye設(shè)計(jì)用于在非常嚴(yán)酷的環(huán)境條件下工作，可以長期耐受全日照輻射而不影響測量。

PlantEye的設(shè)計(jì)基于“Sensor-to-Plant”理念。它可以安裝于任何可移動的支撐結(jié)構(gòu)上，例如移動式灌溉系統(tǒng)、天車、拖拉機(jī)等等。高度智能化的設(shè)計(jì)允許其快速集成到現(xiàn)有的設(shè)施上并快速開始掃描工作。儀器內(nèi)置的算法可以自動計(jì)算植物高度、葉面積、蓋度、葉片數(shù)目/植物數(shù)目等參數(shù)。

PlantEye已被大量用于高通量的掃描單子葉或雙子葉植物的表型。PlantEye是一個開放式平臺，因此3D數(shù)據(jù)和客戶開發(fā)的算法都可以集成進(jìn)來。

基于“Know-How”理念，在深入了解客戶需求的基礎(chǔ)上，PhenoSpex為客戶提供定制化的系統(tǒng)解決方案，“量身定做”解決客戶遇到的實(shí)際問題。

技術(shù)原理

圖1 圖2 圖3

1.一束激光線垂直向下打在植物體上（圖1中紅線），在和植物體（葉片、莖桿等）接觸的地方會產(chǎn)生反射和折射。

2.PlantEye的攝像頭會采集植物體不同部位的激光線反射信號（圖2中藍(lán)線）。

3.PlantEye在移動的過程中，就可以將這種高低不平的線狀信號連續(xù)采集，獲得三維點(diǎn)陣云圖，通過建模進(jìn)一步得出植物體的三維結(jié)構(gòu)信息。

傳統(tǒng)的激光3D掃描儀在強(qiáng)日光照射下由于噪音太大而不能正常工作，而PlantEye系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，它可以在所有的自然光照環(huán)境下工作，不受全日照輻射的影響。因此，PlantEye系統(tǒng)才能在溫室內(nèi)或田間進(jìn)行測量。

應(yīng)用領(lǐng)域

主要功能

測量結(jié)果示例

前視圖 右視圖 后視圖 左視圖

俯視圖 仰視圖 放大視圖

主要技術(shù)參數(shù)

移動式激光3D植物表型平臺PlantEye

l測量的植物高度和分辨率：高度0-1500 mm，分辨率0.2-1.0 mm；其它植物高度可定制

l傳感器到植物的距離：*小350-650 mm，**1100-2200 mm

l掃描波長：700-1100 mm

l測量速率：每秒50個XZ輪廓圖

l信號接口：IN/OUT觸發(fā)信號接口

l觸發(fā)選擇：感應(yīng)開關(guān)，RFID，光學(xué)二維碼，外部信號（如定位系統(tǒng)），其它選擇可定制

l測量參數(shù)：高度（平均高度和**點(diǎn)）、獨(dú)立葉面積、總?cè)~面積（冠層面積）、投影葉面積、蓋度、植物數(shù)目、葉片數(shù)目、葉片傾斜角PHI（Φ）、葉片方位角THETA（θ）、蓮座狀植物（rosette plants）的直徑、植物體積等。

l數(shù)據(jù)下載：允許下載3D點(diǎn)陣云圖（原始數(shù)據(jù)）、植物生長數(shù)據(jù)和高度柱狀圖等。

l數(shù)據(jù)傳輸：通過Wifi無線傳輸

l數(shù)據(jù)壓縮：自動壓縮

l遠(yuǎn)程訪問：支持通過>遠(yuǎn)程訪問（ssh協(xié)議）

l工作溫度：0-50℃

l工作濕度：<90% RH

l供電：12 VDC、24 VDC、230 VAC均可

l激光安全等級：1M

l光環(huán)境：耐受全日照輻射

l防護(hù)等級：IP67

l尺寸：485 x 240 x 110 mm

l重量：3.4 kg

PSX數(shù)據(jù)存儲方案

l數(shù)據(jù)庫：PostgreSQL數(shù)據(jù)庫

lPSX低通量方案：準(zhǔn)系統(tǒng)電腦（Barebone computer）

lPSX超供通量服務(wù)器方案：1U Intel Dual-CPU服務(wù)器（8 cores x 1GHz）， 8 GB；3 x 2000 GB硬盤；RAID 5控制器；1.5 TB磁帶驅(qū)動器

HortControl數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

l工作界面：通過瀏覽器登錄工作

l軟件界面：提供不同界面用于數(shù)據(jù)自動導(dǎo)入，用于集成導(dǎo)入其它環(huán)境或植物傳感器的數(shù)據(jù)

l數(shù)據(jù)下載：允許下載數(shù)據(jù)（ASCI）進(jìn)行進(jìn)一步分析，允許導(dǎo)入/導(dǎo)出數(shù)據(jù)庫

l檔案功能：具備檔案錄入、顯示，作物管理、實(shí)驗(yàn)管理功能

l統(tǒng)計(jì)功能：數(shù)據(jù)平均值和偏差值的統(tǒng)計(jì)分析

l上載功能：能夠上載高通量平臺的實(shí)驗(yàn)設(shè)置信息

l報(bào)警功能：數(shù)據(jù)異常時報(bào)警

l2D Mapping功能：對不同生長區(qū)域進(jìn)行2D Mapping，用于定量分析