背(bei)景

表(biao)型(xing)是新植(zhi)物栽培品(pin)種發展(zhan)的(de)瓶(ping)頸，該研究引(yin)入(ru)了(le)壹種新的(de)高(gao)光譜(pu)表(biao)型(xing)分(fen)析(xi)系(xi)統(tong)，此系統將冠(guan)層(ceng)測量的(de)高(gao)通量(liang)與(yu)高(gao)空間(jian)分(fen)辨率(lv)和(he)可(ke)控(kong)測量環(huan)境的(de)優(you)勢相結合(he)。此(ci)外(wai)，測量的(de)大(da)麥(mai)生(sheng)長(chang)在大容器(qi)（稱(cheng)為(wei)Mini-Plots）中(zhong)，這使得植(zhi)物能(neng)夠(gou)在溫室(shi)實(shi)驗中(zhong)形成田間表(biao)型(xing)，從(cong)而不受(shou)容(rong)器尺寸的(de)影(ying)響。

結果

在接種白(bai)粉(fen)病後30天(tian)，通過Specim V10E高(gao)光譜(pu)成(cheng)像研(yan)究(jiu)了(le)6個(ge)大麥(mai)品(pin)種。憑(ping)借(jie)高(gao)空間(jian)分(fen)辨率(lv)和(he)穩定(ding)的(de)測量條件(jian)，可(ke)以(yi)通過(guo)Simplex Volume Maximization和(he)Support Vector Machines機(ji)械(xie)組合(he)自(zi)動(dong)量(liang)化白(bai)粉(fen)病癥狀。在手(shou)動(dong)評(ping)級(ji)期間(jian)，壹旦(dan)肉眼可(ke)見(jian)癥(zheng)狀，就可(ke)以(yi)立即進行(xing)檢(jian)測。實現(xian)了(le)在實驗過(guo)程(cheng)中(zhong)每(mei)個(ge)測量日(ri)對所有(you)栽培品(pin)種的(de)疾(ji)病嚴(yan)重(zhong)程(cheng)度(du)的(de)準(zhun)確評(ping)估。此(ci)外(wai)，還(hai)檢(jian)測到壹個基(ji)於壞死癥(zheng)的(de)抗(kang)白(bai)粉(fen)病品(pin)種。

結論

高(gao)光譜(pu)表(biao)型(xing)分(fen)析(xi)系(xi)統(tong)是結合(he)了(le)基(ji)於現場的(de)冠(guan)層(ceng)水平測量系(xi)統（高(gao)通量(liang)、自(zi)動(dong)化、低手(shou)動(dong)工(gong)作(zuo)量(liang)）和(he)基(ji)於實驗室(shi)的(de)葉(ye)片水平兩者優(you)勢的(de)測量系(xi)統（高(gao)空間(jian)分(fen)辨率(lv)、受(shou)控(kong)環境(jing)、時(shi)間(jian)序列(lie)測量的(de)穩定(ding)條件(jian)），這樣就可(ke)以(yi)進行(xing)準(zhun)確和(he)客(ke)觀(guan)的(de)疾(ji)病嚴(yan)重(zhong)程(cheng)度(du)評(ping)估，而(er)無(wu)需經(jing)過培訓(xun)的(de)專(zhuan)家(jia)評(ping)定(ding)——他(ta)們可(ke)以(yi)在早期階段(duan)進行(xing)視(shi)覺(jiao)分(fen)級(ji)，以(yi)及檢(jian)測疾(ji)病癥(zheng)狀。因此(ci)，它是(shi)植(zhi)物抗性育(yu)種(zhong)很(hen)有(you)前(qian)途(tu)的(de)研(yan)究(jiu)工具。

關鍵詞(ci)

Specim高(gao)光譜(pu)成(cheng)像，表(biao)型(xing)分(fen)析(xi)平臺，溫室(shi)，高(gao)通量(liang)，疾(ji)病分(fen)級(ji)，Simplex Volume Maximization, Support Vector Machine

以(yi)下為(wei)該(gai)項(xiang)研究(jiu)的(de)部分(fen)圖(tu)文(wen)結果展(zhan)示(shi)

圖(tu).1  Klein‑Altendorf校(xiao)園(yuan)溫室(shi)表(biao)型(xing)Mini‑Plot設(she)備，分(fen)為(wei)溫室(shi)內(nei)部（a）和(he)溫室(shi)外(wai)部（b），高(gao)光譜(pu)表(biao)型(xing)分(fen)析(xi)系(xi)統(tong)示(shi)意(yi)圖(tu)見(jian)（c）。Mini-Plot設(she)備的(de)軌(gui)道(dao)系統與(yu)漫(man)射人工光源和(he)幕布(bu)相(xiang)結合(he)，可(ke)在高(gao)度(du)受(shou)控(kong)的(de)環(huan)境(jing)條件(jian)下實(shi)現自(zi)動(dong)測量。Specim V10E高(gao)光譜(pu)成(cheng)像（HSI）傳(chuan)感(gan)器和(he)基(ji)於鏡像的(de)掃(sao)描儀系(xi)統(tong)相結合(he)，可(ke)以(yi)對整個(ge)Mini-Plot進行(xing)快(kuai)速(su)，高(gao)分(fen)辨率(lv)的(de)測量。

圖(tu).2 健康(kang)植(zhi)物組織和(he)白(bai)粉(fen)病癥狀的(de)光譜(pu)特征和(he)豐度(du)圖(tu)（平均值為50像素(su)/每(mei)個(ge)）。光譜(pu)特征（左）表(biao)示(shi)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)光譜(pu)測量區(qu)域(yu)上(shang)的(de)像素(su)的(de)平均反射率(lv)。豐度(du)圖(tu)（右(you)）顯(xian)示(shi)了(le)基(ji)於具有(you)25個原(yuan)型(xing)的(de)相(xiang)同(tong)像素(su)豐(feng)度(du)平均值的(de)表(biao)現(xian)，這些原型(xing)是在使用Simplex Volume Maximization轉換數據(ju)集(ji)期間(jian)選擇(ze)的(de)。與(yu)健康(kang)或(huo)癥(zheng)狀組織高(gao)度(du)相(xiang)關的(de)原(yuan)型(xing)單獨(du)顯(xian)示(shi)，每(mei)個(ge)原型(xing)都(dou)是來(lai)自(zi)原(yuan)始(shi)高(gao)光譜(pu)數(shu)據(ju)集(ji)的(de)真(zhen)實光譜(pu)特征（原型(xing)光譜(pu)特征的(de)顏(yan)色(se)代(dai)表(biao)相應(ying)像素(su)的(de)顏(yan)色(se)，這對人眼來(lai)說(shuo)是可(ke)見(jian)的(de)），Pm代(dai)表(biao)白(bai)粉(fen)病（powdery mildew）

表(biao)1在實驗過(guo)程(cheng)中(zhong)對每(mei)個(ge)大麥(mai)品(pin)種疾(ji)病進行(xing)的(de)人工評(ping)級(ji)（2016;  - 表(biao)示(shi)無(wu)癥(zheng)狀）

*根據德國品(pin)種名(ming)單(dan)的(de)評(ping)級(ji)

圖(tu).3 不同冠層(ceng)水平上(shang)對健康(kang)和(he)有(you)癥狀的(de)組織所做的(de)光譜(pu)特征圖(tu)譜(pu)（30個(ge)像素(su)的(de)平均值）

圖(tu).4 在實驗過(guo)程(cheng)中(zhong)不同大麥栽(zai)培品(pin)種的(de)疾(ji)病嚴(yan)重(zhong)程(cheng)度(du)。基(ji)於像素(su)百(bai)分(fen)比(bi)估計(ji)疾(ji)病嚴(yan)重(zhong)性，在Simplex Volume Maximization (SiVM)和(he)遵循監(jian)督(du)分(fen)類(lei)Support Vector Machines (SVM)後(hou)被(bei)歸(gui)類為(wei)含有(you)白(bai)粉(fen)病的(de)癥(zheng)狀

圖(tu).5 實(shi)驗過(guo)程(cheng)中(zhong)（16天、18天(tian)、22天、26天）高(gao)易感(gan)品(pin)種Milford 和(he) Tocada（同樣時(shi)間(jian)段(duan)）在白(bai)粉(fen)病感染(ran)後的(de)空間(jian)分(fen)布(bu)情(qing)況，通過(guo)pseudo RGB圖(tu)像和(he) Support Vector Machines (SVM)假彩色圖(tu)像分(fen)級(ji)（綠(lv)色(se)為(wei)健康(kang)組織，紅(hong)色為白(bai)粉(fen)病癥狀，藍色(se)為(wei)背(bei)景）

圖(tu).6 大(da)麥(mai)抗性品(pin)種Irina接種2天後健康(kang)組織和(he)壞死(si)病變組織對白(bai)粉(fen)病感染(ran)的(de)分(fen)級(ji)情(qing)況，假彩色圖(tu)片顯(xian)示(shi)了(le)Mini-plots中(zhong)對照組和(he)接種(zhong)組植(zhi)物的(de)壞(huai)死(si)病變空間(jian)分(fen)布(bu)。另外(wai)，圖(tu)像中(zhong)總(zong)像素(su)百(bai)分(fen)比(bi)被定(ding)義為過(guo)敏反(fan)應的(de)組織以(yi)右(you)側(ce)柱狀圖(tu)表示(shi)，接(jie)種(zhong)組在被定(ding)義為壞(huai)死病(bing)變表(biao)達的(de)像素(su)占(zhan)比(bi)上(shang)有(you)明顯(xian)增(zeng)加(jia)， 

以(yi)上(shang)內容(rong)摘自(zi)研(yan)究(jiu)論文(wen)：

Stefan Thomas, Jan Behmann et al. Quantitative assessment of disease severity and rating of barley c*rs based on hyperspectral imaging in a non-invasive, automated phenotyping platform. Plant Methods (2018) 14:45.

易科泰(tai)生(sheng)態技術公司提(ti)供高(gao)光譜(pu)技(ji)術全(quan)面解決方(fang)案(an)：

• Specim IQ手(shou)持(chi)式智能(neng)高(gao)光譜(pu)成(cheng)像儀(yi)
• 葉(ye)夾(jia)式或(huo)手(shou)持(chi)式植(zhi)物光譜(pu)測量與(yu)反(fan)射指數測量儀(yi)器
• 全(quan)波段(duan)高(gao)光譜(pu)自(zi)動(dong)掃(sao)描成像測量系(xi)統，可(ke)見(jian)光近(jin)紅(hong)外(wai)波段(duan)、SWIR、MWIR、LWIR
• 樣芯高(gao)光譜(pu)掃(sao)描成像分(fen)析(xi)平臺——巖(yan)礦(kuang)樣芯、沈(chen)積(ji)樣芯、土(tu)壤樣芯高(gao)光譜(pu)成(cheng)像分(fen)析(xi)
• AisaIBIS葉(ye)綠素(su)熒(ying)光高(gao)光譜(pu)成(cheng)像系(xi)統(tong)——日(ri)光誘(you)導葉(ye)綠素(su)熒(ying)光成(cheng)像
• 高(gao)通量(liang)高(gao)光譜(pu)植(zhi)物表型(xing)成像平臺
• AisaKestrel無(wu)人機(ji)高(gao)光譜(pu)遙(yao)感(gan)平臺
• 高(gao)光譜(pu)成(cheng)像、葉(ye)綠素(su)熒(ying)光成(cheng)像、紅(hong)外(wai)熱(re)成(cheng)像集(ji)成系(xi)統(tong)