PlantScreen大型版植物表現型イメージング解析システム

PlantScreen大型版植物表現型イメージングシステムはチェコPSI社が開発・生産し、LED植物知能育成、自動制御システム、クロロフィル蛍光イメージング測定分析、植物熱イメージング分析、植物近赤外イメージング分析、植物高スペクトル分析、自動バーコード識別管理、RGB真彩3 Dイメージング、自動秤量と灌漑システムなど多くの先進技術を統合した。主に40 cm-120 cmの高さの水稲、小麦、トウモロコシ、綿花などの大型に適用される植物の全方位生理生態と形態構造イメージング分析は、高フラックス植物表現型イメージング分析測定、植物ストレス応答イメージング分析測定、植物成長分析測定、生態毒理学研究、性状識別及び植物生理生態分析研究などに用いられる。世界初の植物クロロフィル蛍光イメージングシステムを開発・製造したメーカーとして、PSI社は植物表現型イメージング分析分野で世界の技術上位に位置し、大面積クロロフィル蛍光イメージング分析機能はその独自技術であり、PlantScreen植物表現型分析と機能イメージング分析の最も先進的な計器設備となり、各種表現型パラメータを100以上測定した。

システム構成：

一連のシステムは自動化植物伝送システム、光適応室、3 D構造RGBイメージングユニット、FluorCamクロロフィル蛍光イメージングユニット、可視光−近赤外高スペクトルイメージングユニット、短波赤外高スペクトルイメージングユニット、熱イメージングユニット、自動灌流と秤量ユニット、および制御スケジューリングサーバー、アプリケーションサーバー、データサーバー、プログラマブル論理コントローラおよび専用分析ソフトウェアからなる主制御ビッグデータプラットフォームなどのサブシステムからなる。すべてのイメージング分析ユニットと伝送システムは環境条件を正確に制御できるFS-WI大型植物成長室内に設置され、植物サンプルの成長条件の制御性と均一性を保証する。システム全体はユーザーの実際のニーズに合わせてカスタマイズでき、ユーザーの実際のニーズに非常に合致しています。

技術指標：

1.光適応室

· 画像測定ユニットに入る前に植物が同じ成長状態に調整されるように均一で安定した環境条件を提供する、同時にクロロフィル蛍光イメージング測定のための暗適応または光適応前処理を行う

· 光源：冷白色LED（6500 K）＋遠赤LED（735 nm）、光強度0-100%調整可能、植物に放射昇温効果なし

· サイズ：9120 mm×1200×2800 mm、ユーザーのニーズに合わせてカスタマイズ可能

· 容量：13鉢植物同時適応（高さ1200 mm、直径600 mm）

2. フォトカーテンシステム

· 測定パラメータ：植物の高さを正確に測定し、各イメージングユニットは測定結果に基づいてイメージングセンサーの高さと位置を調整する

· 測定範囲：0～1250 mm

· 解像度：2.5 mm

3.3D構造RGB撮像部

· 最大測定植物体積：1010 mm×1010 mm×1250 mm（長さ×幅×高さ）

· 高さ調整範囲：0–1250 mm

· 調整精度：±3 mm

· 解像度：2560×1920、線形走査センサ4096-6144ピクセル/ライン、17-24600ライン/秒を選択可能

· イメージング時間:<10s

· データ転送：ギガビットイーサネット

· 3Dイメージング専用回転テーブル：0-360°自由回転、3 Dモデル再構築用

· 専用イメージング光源板：冷白色光LED光源板、自動的に異なる光強度を調整して最適なイメージング効果を得ることができて、側面光源板1010 mm×1250 mm、上部光源板1010 mm×1010 mm

· 測定パラメータ：葉面積、植物密着度／密着度、葉周長、偏心率、葉円形度、葉幅指数、植物円形直径、凸包面積、植物重心、成長高さ、植物最大高さと幅、相対成長速度、色区分の植物適応度評価、葉面積差異比較、緑度指数、色貢献度分級（健康緑色、明るい緑色、暗い緑色、その他の色）などの表現型パラメータ、そして3 D再建モデル機能を選択的に配合することができる

4. FluorCamクロロフィル蛍光イメージングユニット

· 撮像面積：35×35 cmまたは80×80 cm

· 高さ調整範囲：0～2005 mm

· 測定光源：オレンジ618 nmLED

· 光化学光源：2色光化学光、オレンジ618 nm LEDと冷白色LED、青色（455 nm）、シアン（470 nm）、シアン（505 nm）、緑色（570 nm）、オレンジ（605 nm）などを選択的に配合でき、最大光強度は300-2500µmol(photons)/m².s、5000にアップグレード可能µmol(photons)/m².s

· 飽和光源：冷白色光LED、最大光強度3000µmol(photons)/m².s、10,000にアップグレード可能µmol(photons)/m².s

· 遠赤光源：735 nmLED

· 7ビットフィルタリング（オプション）：異なる帯域フィルタを取り付け、対応する光源と合わせてGFPなどの蛍光蛋白を測定する

· イメージングセンサ：高解像度TOMI-2 CCDセンサ

a) プログレッシブ走査CCD

b) 最高画像解像度：1360×1024ピクセル

c) 時間解像度：最高画像解像度で毎秒20フレーム

d) A/D変換解像度：16ビット（65536階調）

e) 画素サイズ：6.45µm×6.45µm

f) 運転モード：1）クロロフィル蛍光パラメータ測定用の動的ビデオモード、2）GFPなどの蛍光蛋白質と蛍光染料測定のためのスナップショットモード

g) 通信モード：ギガビットイーサネット

· 測定プログラムと測定パラメータ：

a) Fv/Fm：測定パラメータはFo、Fm、Fv、QYなどを含む

b) Kautsky誘導効果：Fo、Fp、Fv、Ft _ Lss、QY、Rfdなどの蛍光パラメータ

c) 蛍光消光解析：Fo, Fo’, Fs, Fm, Fm’, Fp, FtDn, FtLn, Fv, Fv'/ Fm', Fv/ Fm ,Fv',Ft,ΦPSII, NPQ_Dn, NPQ_Ln, Qp_Dn, Qp_Ln, qN, qL, QY, QY_Ln, Rfd, ETRなど50以上のパラメータ

d) 光応答曲線LC：Fo、Fm、QY、QY _ Ln、ETRなどの蛍光パラメータ

5.可視光−近赤外高スペクトル撮像ユニット

· 結像面積：頂部1010 mm×ベルト長、側面1250 mm×ベルト長

· 高さ調整範囲：0–1250 mm

· 調整精度：±3 mm

· 撮像波長範囲：380-1000 nm

· イメージングセンサ：プッシュスキャン式線形スキャンセンサ、専用スキャン光源を搭載

· ピクセル分散：0.98 nm

· スペクトルバンド：675

· フレームレート：12～236

· 測定パラメータ：各バンドの反射スペクトルイメージング図及び全スペクトル曲線、そして自動計算以下の植生指数：正規化指数NDVI、単純比指数SR、改良葉緑素吸収反射指数MCARI、改良葉緑素吸収反射指数1 MCARI 1、最適化土壌調整植生指数OSAVI、緑度指数G、変換類ホロボクセル指数TCARI、三角植生指数TVI、ZMI指数、単純比色素指数SRPI、正規化脱マグネシウム作用指数NPQI、光化学植生反射指数PRI、正規化葉緑素指数NPCI、Carter指数、Lichtenthh aler指数、SIPI指数、Gitelson−Merzlyak指数など

6. 短波赤外高分光イメージングユニット

· 結像面積：頂部1010 mm×コンベア長さ、側面1250 mm×コンベア長さ、可視光−近赤外高スペクトル結像ユニットと1つの結像室を共用できる

· 高さ調整範囲：0–1250 mm

· 調整精度：±3 mm

· 撮像波長範囲：900〜2500 nm

· イメージングセンサ：プッシュスキャン式線形スキャンセンサ、専用スキャン光源を搭載

· ピクセル分散：0.75 nm

· スペクトルバンド：200

· フレームレート：60～100

· 測定パラメータ：バンド毎の反射スペクトルイメージング図及び全スペクトル曲線、無損失測定植物全体及び異なる部位の水分含有量変化

7.熱イメージングユニット

· 高さ調整範囲：0–1250 mm

· 調整精度：±3 mm

· イメージングセンサー：焦点平面アレイ微小測定熱放射計、分解能640×480画素、温度範囲-20-120℃、熱感度<0.05℃@30℃/50 mK、焦点距離範囲40-50 cm

· 専用イメージング光源：測定植物に安定した熱環境を提供するための冷白色LED光源板、最大光強度1000µmol（photons）/m².s、0-100%調整可能

· 測定パラメータ：植物の各点の実際の温度、植物表面温度分布図

8. 自動灌漑と秤量ユニット

· 測定パラメータ：実重量、灌水体積、最終重量、各培養鉢の相対重量

· 操作命令：各培養鉢に同じ量の水（絶対グラム数または実際の重量のパーセンテージ）をかける、相対重量を保持する、各培養鉢の灌漑量をカスタマイズして異なる干ばつまたは冠水ストレスをシミュレーションする、選択可能な栄養供給システムは灌漑に従って植物栄養（例えば窒素肥料など）を定量的に供給し、異なる養分欠損状況を模擬する、秤量前に自動的にゼロキャリブレーションを行い、既知の重量（例えば分銅）の物品によって自動的に再キャリブレーションを行うこともできる

· 最大積載量：大型植物10000 g、小型植物500 g、安全負荷200%

· 秤量精度：大型植物±2 g、小型植物±0.2 g

· 灌漑ユニット：流速3 L/min、灌漑口の高さは自動的に上下前後に調整でき、最適な灌漑位置を保証する

9. じどうかしょくぶつでんたつシステム

· 搬送植物の大きさ：高さ最大1500 mm、直径最大1000 mm

· 同時転送培養植物数：大型単株植物176株、各列22株、計8列、小型植物3520株、176個のサンプルトレイ、各トレイ20株、ユーザーのニーズに合わせてカスタマイズ可能

· 培養鉢：UVカットポリプロピレン材料、直径9インチ、6インチ大型培養鉢または35×30 cm小型植物パレット

· 環状伝送路：トランスミッションを備えた三相非同期モータ、出力200-1000 W、最大負荷500 kg、速度150 mm/s、伝送ベルト材料はUVカット高耐PVC

· 移動制御システム：中央処理ユニットCJ 2 M−CPU 33、デジタル入出力最大2560点、入出力部最大40、温度センサPt 1000は、Pt100，PTC；PLC通信100メガイーサネット、OMRON MECHATROLINK-II最大16軸精密位置決め

· 2次元コードリーダ：各サンプルトレイ上の2次元コードを自動読み取り、識別距離2 ~ 20 cm、通信RS 485、1次元、2次元、QRコードを読み取ることができます。LED光源を搭載し、弱い光の下で識別しやすい

· 環境モニタリングセンサ：温湿度センサ、PAR光合成有効放射センサ、LM 500スペクトルセンサ

· 主制御システムによって各サンプルトレイの測定時間、測定順序、測定パラメータ、灌漑時間と灌漑量をそれぞれ自動制御し、測定ユニットから培養室までのサンプル運転の全過程は完全な自動制御を実現でき、無人で事前設定手順に従ってすべての実験測定作業を自ら完成する。

10. FS-WI大型植物生育室

· サイズ：11 m×5.5 m、ユーザーのニーズに合わせてカスタマイズ可能

· 培養面積：60.5 m²;ユーザーのニーズに合わせてカスタマイズ可能

· 光源：冷白色LED（6500 K）＋遠赤色LED（735 nm）、その他の光源、例えばRGB三色光源板はカスタマイズでき、0-100%制御でき、専用光源冷凍気流通路、プログラマブルシミュレーション昼夜周期の変化、日の出、日の入りなどの自然界における光環境の変化、その他の様々な任意の変化

· 最大均質光強度：1000µmol（photons）/m².s、より高い光強度をカスタマイズ可能

· 温度制御範囲：10℃-40℃（制御効果は光強度と環境温度と関係があり、室温は最高30℃）、より大きな温度制御範囲をカスタマイズでき、プログラマブルシミュレーション昼夜周期の変化、日の出、日の入りなどの自然界における温度変化、その他の様々な任意の変化

· 制御湿範囲：40-80%±7%（制御効果は光強度と関係がある）、プログラマブルシミュレーション昼夜周期の変化、日の出、日の入りなどの自然界における湿度の変化その他の任意の変化

· 通風流速：1200 L/hour、無風効果、層流式ガス交換、専用通風気流通路

· 内部材料：専用生体適合性材料

韓国大邱慶尚北道科学技術院はPlantScreen表現型イメージングシステムに搭載されたFS-WI大型植物成長室

11. 主制御ビッグデータプラットフォーム

· 構成：制御スケジューリングサーバ、アプリケーションサーバ、データサーバ、プログラム可能論理コントローラ及び専用分析ソフトウェアなど

· 自動制御と分析機能：ユーザー定義、編集可能自動測定プログラム（protocols）を備え、ユーザー設定プログラムに基づいて自動的にすべての実験を完了する。データ結果は自動的に保存され分析され、分析されたデータ結果は自動的に動的曲線として表示されます。

· MySQLデータベース管理システムは、数千万件の記録を持つ大型データベースを処理することができ、多種のストレージエンジンをサポートし、関連データはデータベース内の異なるテーブルに自動的に格納される

· 植物コード登録機能：植物識別コード、所在するパレットの識別コードなどを含んでデータベースに保存し、測定時に自動的に抽出してバーコードまたはRFIDタグを読み取る

· タッチスクリーン操作インタフェース、植物パレットの数、光強度、測定状態と結果などをオンラインで表示し、ソフトウェアを通じてすべての機械部品とイメージングステーションを簡単に完全に制御する

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