在植物表型研究中，植物的三維結(jié)構(gòu)是獲取植物形態(tài)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的基礎(chǔ)。植物激光三維掃描儀PlantEye（F400）是一個專門用于植物表型研究的高精度激光三維掃描儀，并能夠自動計算一系列可靠的形態(tài)參數(shù)。盡管PlantEye功能強(qiáng)大，但它不能獲取反映植物生理狀態(tài)的顏色和其它光譜信息。

在植物表型領(lǐng)域，高光譜傳感器受到越來越多的重視。高光譜技術(shù)可以獲取植物對不同光譜的吸收信息，進(jìn)行植物的生理和組分變化研究。但是，高光譜圖像的參數(shù)提取面臨著巨大的計算挑戰(zhàn)，并且傳感器的造價很高。此外，成像條件會影響植物光譜的反射，例如葉片角度、傳感器的距離等都會對結(jié)果造成影響。為了克服這個難題，出現(xiàn)了各種光譜指數(shù)，就是用幾種不同波長的光譜進(jìn)行比較從而對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。這樣，只需要比較幾個典型的光譜數(shù)據(jù)就可以反映植物狀態(tài)。最典型的就是歸一化植被指數(shù)NDVI。

在植物表型研究中，當(dāng)需要計算植被指數(shù)例如NDVI時，一般不需要用高光譜傳感器獲取所有波段的光譜圖像，只需要用多光譜相機(jī)獲取典型波段即可。這樣既節(jié)省了費(fèi)用，又降低了計算的難度。但是，上文中提到的成像條件（葉片角度、傳感器距離等）還是會對成像結(jié)果產(chǎn)生影響。

PlantEye F500：3D與多光譜信息的完美融合

在高光譜和多光譜成像領(lǐng)域經(jīng)常提到的挑戰(zhàn)之一，就是怎樣和三維深度信息結(jié)合起來分析。這需要將激光三維掃描儀和其它傳感器結(jié)合起來測量，但是數(shù)據(jù)計算的復(fù)雜性很高。例如在傳送型表型平臺中，一般是在不同的成像暗房中安裝不同的成像單元，然后植物依次進(jìn)入不同的暗房進(jìn)行成像測量。但在兩個暗房之間的運(yùn)動過程中，植物的形態(tài)可能已經(jīng)發(fā)生了變化。將三維點(diǎn)云信息和高光譜信息結(jié)合起來計算就遇到了很大的難度。有人將兩種不同的傳感器安裝在一個暗房中測量，但又遇到了成像角度不同的問題。

針對上述問題，Phenospex提出了一種完美的解決方案——將激光三維掃描成像和多光譜成像集成到一個傳感器中，即為PlantEyeF500。全新的多光譜激光三維掃描儀PlantEye F500能夠在高精度測量三維點(diǎn)云信息的同時，測量400-900nm范圍內(nèi)7個波段的多光譜成像。這種創(chuàng)新的硬件傳感器聚合，使得我們可以提供植物在X、Y和Z軸上所有坐標(biāo)點(diǎn)的多光譜信息。通過點(diǎn)云的空間深度信息和角度信息，可以對光譜信息進(jìn)行完美的校準(zhǔn)，從而獲得更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

左圖：帶RGB信息的三維點(diǎn)陣云圖；右圖：帶近紅外（NIR）信息的三維點(diǎn)陣云圖

為了實現(xiàn)這種技術(shù)，Phenospex將現(xiàn)有的PlantEye技術(shù)和多光譜成像技術(shù)聚合成了一體，在激光三維掃描結(jié)束后立即測量7波段的多光譜成像。用這種方法，可以直接對三維點(diǎn)云和多光譜信息在一個數(shù)據(jù)報表里進(jìn)行疊加計算，不需要復(fù)雜且費(fèi)時費(fèi)力的傳感器數(shù)據(jù)聚合算法。這樣，不僅能夠提供植物的形態(tài)參數(shù)，還同時增加了植物生理參數(shù)。同時，PlantEye F500保留了PlantEye F400的強(qiáng)大特性，即在所有環(huán)境下包括全日照下都能夠進(jìn)行測量。

左圖：PlantEye F400的測量原理示意圖；右圖：PlantEye F500的測量原理示意圖

左圖：PlantEye F400的外觀尺寸；右圖：PlantEye F500的外觀尺寸

PlantEye F500能測量什么？

上一代的PlantEyeF400能夠自動計算一系列的表型參數(shù)，例如：植物高度、3D葉面積、投影葉面積、數(shù)字生物量、葉片角度、葉面積指數(shù)、光穿透深度和葉片蓋度等。

除了上述參數(shù)之外，PlantEyeF500可以測量植物每個點(diǎn)的多光譜反射�？梢詫�單個波段進(jìn)行分析獲得如綠度、葉綠素、衰老等信息，也可以對幾個波段進(jìn)行分析獲得歸一化植被指數(shù)（NDVI）、增強(qiáng)型植被指數(shù)（EVI）、光化學(xué)反射指數(shù)（PRI）等等。PlantEye F500測量的波段可以從一系列波長列表中定制化選擇，以滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。PlantEye F500生成的每一個點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)（以開源PLY格式存儲）都包括：

• X、Y、Z空間信息
• 紅、綠、藍(lán)和近紅外的反射
• 激光三維（940 nm）的反射
• 用戶指定的另外3個波段的反射

波長選擇

PlantEye F500擁有標(biāo)準(zhǔn)的紅、綠、藍(lán)和近紅外4個波段。其它3個波段由用戶在下訂單時選擇。目前能夠提供的不同波長的LED包括

PlantEye F400和F500的技術(shù)參數(shù)對比

* 根據(jù)需求提供

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