移動式激光3D植物表型平臺PlantEye

根據“Sensor-to-Plant”和“Know How”理念設計的表型平臺

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）和亞琛工業大學（德國*負盛名的理工科大學之一）的研究人員創辦的。PhenoSpex于2009年創辦于德國邊境古城亞琛，后來搬到荷蘭，兩個辦公地點僅僅相隔不到20公里。

移動式激光3D植物表型平臺PlantEye設計用于在非常嚴酷的環境條件下工作，可以長期耐受全日照輻射而不影響測量。

PlantEye的設計基于“Sensor-to-Plant”理念。它可以安裝于任何可移動的支撐結構上，例如移動式灌溉系統、天車、拖拉機等等。高度智能化的設計允許其快速集成到現有的設施上并快速開始掃描工作。儀器內置的算法可以自動計算植物高度、葉面積、蓋度、葉片數目/植物數目等參數。

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數據和客戶開發的算法都可以集成進來。

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

技術原理

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采集，獲得三維點陣云圖，通過建模進一步得出植物體的三維結構信息。

傳統的激光3D掃描儀在強日光照射下由于噪音太大而不能正常工作，而PlantEye系統的優點在于，它可以在所有的自然光照環境下工作，不受全日照輻射的影響。因此，PlantEye系統才能在溫室內或田間進行測量。

應用領域

主要功能

測量結果示例

前視圖 右視圖 后視圖 左視圖

俯視圖 仰視圖 放大視圖

主要技術參數

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觸發信號接口

l觸發選擇：感應開關，RFID，光學二維碼，外部信號（如定位系統），其它選擇可定制

l測量參數：高度（平均高度和**點）、獨立葉面積、總葉面積（冠層面積）、投影葉面積、蓋度、植物數目、葉片數目、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數據下載：允許下載3D點陣云圖（原始數據）、植物生長數據和高度柱狀圖等。

l數據傳輸：通過Wifi無線傳輸

l數據壓縮：自動壓縮

l遠程訪問：支持通過>遠程訪問（ssh協議）

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光環境：耐受全日照輻射

l防護等級：IP67

l尺寸：485 x 240 x 110 mm

l重量：3.4 kg

PSX數據存儲方案

l數據庫：PostgreSQL數據庫

lPSX低通量方案：準系統電腦（Barebone computer）

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

HortControl數據管理系統

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據自動導入，用于集成導入其它環境或植物傳感器的數據

l數據下載：允許下載數據（ASCI）進行進一步分析，允許導入/導出數據庫

l檔案功能：具備檔案錄入、顯示，作物管理、實驗管理功能

l統計功能：數據平均值和偏差值的統計分析

l上載功能：能夠上載高通量平臺的實驗設置信息

l報警功能：數據異常時報警

l2D Mapping功能：對不同生長區域進行2D Mapping，用于定量分析