高光譜成像概述... 1

ViaSpec™高光譜成像系統(tǒng)... 10

MacroPhor™ Lab高光譜熒光成像系統(tǒng)... 13

MacroPhor^TM Array陣列式高光譜成像系統(tǒng)... 17

MacroPhor™ Flatbed高光譜熒光成像平臺... 19

PlantSpec^TM10整株植物高光譜成像系統(tǒng)... 21

PlantSpec^TM100高通量高光譜表型成像系統(tǒng)

高光譜成像概述

高光譜成像描述

高光譜成像（HSI）或化學(xué)成像（CI）技術(shù)是光譜學(xué)和數(shù)字成像技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。光譜圖像包含許多光譜，樣品表面上的每個點對應(yīng)一個光譜。該圖像包含樣品中各種材料的空間分布的有價值信息。本產(chǎn)品所涉及的內(nèi)容是紫外到長波紅外范圍的高光譜成像。

不同的波長范圍中，近紅外（NIR）光譜已被廣泛用于品質(zhì)監(jiān)控，分析固、液樣品時，無需處理或稀釋。近紅外（NIR）光譜儀可進行快速測量，所需樣品量少或者無需樣品預(yù)處理，并且所得結(jié)果信噪比高。因此，將近紅外光譜從點測量擴展到對包含數(shù)百萬個點的光譜圖像的測量，對于生產(chǎn)過程中檢測樣品組成是十分有用的。獲取近紅外（NIR）組成圖像的過程稱為化學(xué)成像。本產(chǎn)品中的高光譜相機涉及的近紅外范圍是1000-1700 nm，短波紅外（SWIR）則是1000- 2500 nm。普通光譜學(xué)中，近紅外范圍通常是1000-2500 nm。

為了進一步區(qū)分高光譜相機和常規(guī)光譜學(xué)相機的定義，可見光相機制造商將近紅外作為硅基相機波長范圍的擴展，即從可見光范圍到1000nm，通常被稱為可見近紅外（VNIR）?；谒鶞y量的光譜帶和波長數(shù)量，測量多個波長范圍時所得圖像為多光譜圖像，測量完整波長范圍時所得圖像為高光譜圖像，即對空間中的每一個點都進行全光譜測量。例如，典型數(shù)碼相機所拍攝的RGB圖像是一種多光譜圖像，即使用三種特定波長的光（紅、綠、藍）在可見光范圍內(nèi)生成圖像。圖1比較了單色相機（黑白圖像），RGB相機，多光譜和高光譜相機獲得的光學(xué)信息。

圖1. 不同成像模式表明了高光譜成像的優(yōu)勢

高光譜成像相機

米德爾頓公司(MSV)專門從事高光譜成像的應(yīng)用，即通過高光譜相機在樣品的每個空間點測量完整光譜。高光譜相機是成像光譜儀與單色矩陣組傳感器（相機）的集成。圖2為推掃式高光譜相機的基本構(gòu)造。

圖2.高光譜相機示意圖，推掃式高光譜相機的基本構(gòu)造

特殊的透鏡將樣品成像到透射光譜儀的狹縫上。光譜儀在焦平面陣列檢測器生成光譜，保留狹縫上各個點的位置，也就保留了樣品上某條線上的點。隨著對樣品進行不斷的線式測量，一個完整的高光譜數(shù)據(jù)集也就逐步形成。這些來自高光譜相機的數(shù)據(jù)稱為“超立方體”（如圖3所示），包含了兩個空間維度和一個光譜維度的信息。通常用高反射率的白色參比面板和殘差背景信號的相似超立方測量值來處理超立方體，殘差背景信號是當(dāng)沒有光照射到焦平面陣列上時測量得到的。所得的矯正光譜在透射率，反射率或吸收率方面與傳統(tǒng)光譜測量值相似。對結(jié)果進行進一步處理，縮放，平滑和最終壓縮，可生成用于測量的信息，例如成分，顏色坐標(biāo)或厚度。高光譜圖像（HSI）與常規(guī)單點光譜法之間的顯著差異之一是所生成的大量數(shù)據(jù)。專門的處理軟件和硬件對于同步數(shù)據(jù)流和提供壓縮和處理后的數(shù)據(jù)是必需的，例如查明污染物，確認生產(chǎn)過程中的缺陷，生成成分圖和其他具技術(shù)意義的信息。

圖3. 超立方體示意圖

高光譜相機的光譜學(xué)意義

高光譜相機的運行與等效的離線近紅外或紫外可見光譜設(shè)備類似，不同之處在于空間中的每個點都有自己的測量值。當(dāng)比較相機和光譜儀的相對性能時，必須對波長校準(zhǔn)，光度線性度和信噪比進行評估。對于有特殊要求的應(yīng)用，必需對每個波長元素的空間分辨率和可用光能進行優(yōu)化。

圖4.安裝在Via-Spec™II掃描儀上的MSV 500光譜相機

在實際應(yīng)用的高光譜系統(tǒng)中，有兩種用于收集相同或相似光譜信息的基本方法。凝視陣列系統(tǒng)同時對整個樣品進行成像，并且一般通過可調(diào)濾光器逐步改變測量光譜的波長，一次掃描使用一種波長。形成鮮明相比的是，推掃式相機收集一條空間線上每個點的完整光譜。一次掃描被測對象范圍內(nèi)的一條線。要對整個樣品成像，樣品或照相機必須移動。通過編譯每條線上的光學(xué)數(shù)據(jù)來收集超立方體。這與凝視陣列測量法不同，凝視陣列系統(tǒng)需要相機和樣品保持靜止。

每種測量技術(shù)對于某一特定應(yīng)用都有其優(yōu)勢。由于凝視陣列系統(tǒng)濾鏡調(diào)整導(dǎo)致的測量延遲，與之相比推掃式相機的光學(xué)系統(tǒng)效率更高，推掃式相機配備的透射或反射光柵，可根據(jù)波長分配光。透射光柵具有高通量，低失真，不產(chǎn)生偏振偽像等優(yōu)點。因此推掃式相機的應(yīng)用更為廣泛（Hyvarinen，2008年）。推掃式成像更適合于監(jiān)測工業(yè)過程，因為被監(jiān)測材料通常以恒定速度移動。在機載應(yīng)用中，飛機的穩(wěn)定運動可以實現(xiàn)對地表的連續(xù)掃描，因此推掃式相機也可以有效地用于該領(lǐng)域。當(dāng)不同波長的光強在不同時間被測量時，超立方體中的數(shù)據(jù)與同一采樣點不相關(guān)，因此只有當(dāng)樣本可以被認為是靜止的時候，凝視陣列HSI相機才能被使用。使用凝視陣列成像測量樣品時，在測量過程中，光源必須照亮整個樣品。與此相對的是，由于推掃式成像一次只能檢測一條線，因此可以使用線照明，以至于在整個測量過程中整個樣品不會受到來自照明的直接加熱。在測量過程中，線照明只在樣品上停留幾分之一秒。

高光譜成像可應(yīng)用于不同的樣本量，從掃描一英里寬的農(nóng)田到檢測微觀細胞器。對于不同的放大倍率，可以通過更換系統(tǒng)中相機的前置光學(xué)系統(tǒng)來使用相同的相機。MSV提供用于高光譜應(yīng)用的各種相機和集成系統(tǒng)。

高光譜成像在植物與農(nóng)業(yè)科學(xué)中的應(yīng)用

植物科學(xué)

植物在可見近紅外（VNIR 400-1000nm），近紅外（NIR 900-1700nm）和短波紅外（SWIR 1000-2500nm）光譜區(qū)域具有明顯特征，并顯示出強大而復(fù)雜的熒光特征。各種高光譜模式可以檢測和測量化學(xué)處理、感染和其他脅迫對植物生理的基本影響，這在擬南芥、大豆或玉米等標(biāo)準(zhǔn)模式植物上經(jīng)常得到證明。

農(nóng)業(yè)研究

農(nóng)業(yè)研究的許多階段都要得益于非破壞性光學(xué)測量。植物表型鑒定是對有利性狀的單個植物或植物群的鑒定過程。高光譜成像可在植物改良研究的幾乎所有階段（從單個實驗室測量到溫室研究再到田間研究）進行高通量監(jiān)測和測量。

高光譜成像技術(shù)的使用

高光譜成像是廣泛使用的對不同環(huán)境下植物研究的現(xiàn)代工具之一：

可以使用高光譜熒光或高光譜透射和反射光學(xué)裝置在微觀尺度上探索植物和植物部位，以研究植物生理學(xué)和植物病理學(xué)。米德爾頓公司（MSV）的MacroPhor™高光譜熒光成像系統(tǒng)結(jié)合了高光譜和熒光成像技術(shù)，成為植物研究的強大工具?？梢栽跍厥噎h(huán)境中使用VNIR，NIR或SWIR高光譜探頭對整株植物進行不同生長條件，不同處理，表型分析和其他實驗，并使用寬帶照明定期掃描植物?？梢栽谥参锏纳L周期內(nèi)，在控制良好的環(huán)境條件下，從不同方向進行這些試驗。米德爾頓公司（MSV）擁有多種的軟、硬件組件，用于對各種大小的植物進行成像，也擁有為植物單側(cè)成像或者俯視成像而專門設(shè)計的軟、硬組件。

現(xiàn)已在實際室外生長條件下，在植物的整個生長周期內(nèi)，研究人員使用VNIR，NIR和其他相機對不同植物進行研究。對于田間作物，高光譜測量可以通過將相機安裝于固定結(jié)構(gòu)或者車輛上或塔上實現(xiàn)。米德爾頓公司（MSV）的InSight-Field™系統(tǒng)具備的方法和設(shè)備，可以俯視角度長期監(jiān)測農(nóng)作物，并根據(jù)環(huán)境參數(shù)或比較不同地塊來分析整個數(shù)據(jù)集。

KemoQuant™是一款的光譜化學(xué)組分計量軟件，利用Sandia國家實驗室開發(fā)的快速算法。根據(jù)許可協(xié)議，MSV可以在各個級別使用此軟件包進行實驗室，溫室和野外測量分析。

實驗室應(yīng)用-包括高光譜熒光成像

高光譜成像可用于發(fā)現(xiàn)或測量植物和植物材料中的許多不同現(xiàn)象。實驗室中的許多植物生物學(xué)實驗都依賴于各種成像技術(shù)來跟蹤小型或新生植物的生長或在高度受控的環(huán)境中研究植物材料的小樣本。米德爾頓公司（MSV）將熒光成像和高光譜成像的強大功能帶到了研究實驗室，以幫助科學(xué)家在植物研究過程中有新的發(fā)現(xiàn)。

熒光成像是研究植物材料或其他有機熒光樣品的重要工具。對植物來說，它可以很容易地激發(fā)和檢測植物內(nèi)部的光合色素。米德爾頓公司（MSV）開發(fā)了一種高光譜熒光成像系統(tǒng)，稱為MacroPhor™。該儀器用于植物或與植物相關(guān)的物質(zhì)、酵母菌落和其他有機標(biāo)本等熒光樣品的大尺度成像。

圖像采集開始于使用沿x軸方向移動的激光線光源照亮被測樣品。由激光線光源激發(fā)的熒光發(fā)射以180度幾何形狀被收集，并定向傳導(dǎo)至高靈敏度的熒光光譜相機。因此，發(fā)送到光譜相機的所收集的熒光線會提供有關(guān)線上每個空間點的光譜多樣性信息。光譜相機在采集過程中采集連續(xù)的圖像線，以建立樣品的完整圖像。這是通過推掃方式在y方向平移樣品來完成的。

高光譜熒光成像系統(tǒng)使用單波長激光激發(fā)樣品。激光波長選項包括405，488，532或640nm。

專門的成像系統(tǒng)

米德爾頓公司（MSV）設(shè)計和構(gòu)建了多種具有成像功能的臺式系統(tǒng)。

高光譜成像系統(tǒng)結(jié)合了相機，光譜儀，鏡頭和照明等設(shè)備，以捕獲可見近紅外（VNIR 400-1000 nm），近紅外（NIR 950-1700 nm）和短波紅外（SWIR 1000-2500 nm）區(qū)域的光譜信息。根據(jù)研究目標(biāo)選擇組件，以便能夠觀察和測量植物材料中特定的化學(xué)過程或結(jié)構(gòu)。米德爾頓公司的實驗室推掃式成像系統(tǒng)將光學(xué)組件與數(shù)據(jù)收集軟件和機械化的樣品處理集成在一起，以優(yōu)化數(shù)據(jù)捕獲過程的有效性。

l  MacroPhor™系統(tǒng)是專為植物研究需求而設(shè)計的可提供熒光和可見近紅外（VNIR）反射成像的單一平臺。

l  Via-Spec測量平臺可以通過配置不同的相機來捕捉不同光譜區(qū)域的光譜信息。 這些系統(tǒng)具有多個照明選項，并提供反射和透射平臺配置。

KemoQuant™分析軟件

米德爾頓公司提供分析光譜數(shù)據(jù)的專業(yè)分析軟件，強大的KemoQuant™軟件實現(xiàn)了多元曲線分辨，可發(fā)現(xiàn)整個波長范圍的的光譜成分。

KemoQuant™分析軟件包含一整套用于分析高光譜數(shù)據(jù)集的工具。該軟件通過多元曲線分辨、經(jīng)典最小二乘和主成分分析等高性能算法來實現(xiàn)相應(yīng)功能。用戶可以使用一系列易于使用的工具對高光譜圖像進行處理，例如平均小像素區(qū)域的區(qū)域選擇，在平均圖像和RGB視圖之間切換以及放大/縮小工具的能力。

軟件運行環(huán)境：

1.         操作系統(tǒng)：Win7或Win10；

2.         英特爾i5或i7處理器Gen 6或更高版本；

3.         4G內(nèi)存；

4.         用于操作系統(tǒng)的128G或更大的固態(tài)硬盤；

5.         用于每個傳感器收集數(shù)據(jù)的256G或更大的固態(tài)硬盤；

6.         支持OpenGL 2.0或更高版本的顯卡；

7.         用于處理大文件的64位操作系統(tǒng)；

8.         屏幕分辨率：1024×800；

多元曲線分辨分析方法相關(guān)文獻

1.         Pedroso, M. C.; Sinclair, M. B.; Jones, H. D. T.; Haaland, D. M., Hyperspectral Confocal Fluorescence Microscope: A New Look into the Cell. Microscopy Today 2010, 18, (05), 14-18.

2.         Howlａnd D. T. Jones, David M. Haaland, Michael B. Sinclair, David K. Melgaard, Mark H. Van Benthem, and M. Cristina Pedroso, “Weighting hyperspectral image data for improved mriate curve resolution results,” Journal of Chemometrics, 2008; 22: 482-490.

高光譜成像技術(shù)在農(nóng)田作物表型分析中的應(yīng)用

高光譜成像與光譜數(shù)據(jù)一起產(chǎn)生高分辨率的空間信息，從而能夠?qū)嶒炞魑镞M行精確監(jiān)測，能夠?qū)⑷庋?/span>(或普通相機)看不到的東西可視化：植物對疾病，蟲害，干旱等脅迫的早期響應(yīng)，有助于識別抗性表型或基因型，或在收獲前提前預(yù)測產(chǎn)量。

為了更好地了解試驗地的相關(guān)過程，可以使用一些列傳感器來收集補充性數(shù)據(jù)，例如天氣，土壤濕度或冠層的熱輻射。 

溫室高通量植物表型實驗

表型分析是一個選擇過程，由于各組之間的差異很小，因此需要重復(fù)和準(zhǔn)確的測量。對于植物來說，葉子的形狀、大小和方向的差異是一個復(fù)雜的問題。解決方案是在大型設(shè)施中使用大量植物。對于可用的較小溫室面積，用戶需要一種經(jīng)濟有效的小型系統(tǒng)，以便在封閉的系統(tǒng)內(nèi)進行專用實驗，以監(jiān)控植物的生長以及化學(xué)和脅迫處理的效果。該系統(tǒng)允許引入和測量大量植物，而不會干擾正在進行的長期實驗。

MSV公司開發(fā)了充分利用溫室空間的專用移動系統(tǒng)，包括高質(zhì)量的封閉式高光譜掃描系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有非?？煽康臉颖狙菔?，并通過雙動態(tài)范圍高的可見近紅外（VNIR）高光譜攝像機與封閉的工作間相連實現(xiàn)重復(fù)的圖像采集。該系統(tǒng)為全自動的，可在傳送系統(tǒng)中放置100棵植物。因為植物一直在緩慢移動并在計算機和傳送系統(tǒng)PLC的控制下進行掃描，該系統(tǒng)可確保植物在整個生長試驗中具有相同的熱量，光照和澆水條件。通過與輸送機系統(tǒng)提供商合作，該系統(tǒng)被設(shè)計為靈活，可編程的，可以在幾天或幾周內(nèi)自動運行，包括一個計算機控制的澆水站和一個用于光譜測量的設(shè)備旋轉(zhuǎn)站。對于其他非自動測量，系統(tǒng)允許手動放置樣品，同時保持正在進行的長期實驗。

田間植物表型實驗

該測量系統(tǒng)必須具有自主功能，配備的集成電源需維持系統(tǒng)獨立工作24小時。掃描應(yīng)在400-1700 nm波長范圍內(nèi)進行。該系統(tǒng)必須能針對不同的植物行網(wǎng)格和高度進行調(diào)整，并且需要配備高分辨率的RGB相機對植物進行3D渲染。

米德爾頓公司（MSV）設(shè)計的推車可滿足6英尺掃描范圍和同時并行掃描的雙攝像機大范圍的可調(diào)性要求。高光譜相機覆蓋了可見近紅外（VNIR）和近紅外（NIR）光譜范圍（400-1700nm），并具有匹配的40度視野。該推車具有大型輪，可在各種潮濕和干燥的野外條件下使用，并配有發(fā)電機，可為24小時以上的掃描提供動力。必要時或在室內(nèi)或夜間掃描時，可提供額外的1200W鹵素?zé)粽彰饕栽鰪姯h(huán)境光。 內(nèi)置的不間斷電池電源可確?？梢栽诓挥绊懹嬎銠C，軟件或系統(tǒng)的情況下重啟發(fā)電機。帶有側(cè)簾的矩形雨傘可防止在被掃描的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)刺眼的陰影和光照差異。

ViaSpec™高光譜成像系統(tǒng)

ViaSpec™ 是米德爾頓公司（MSV）生產(chǎn)的一款靈活易用的實驗室高光譜測量平臺。該系統(tǒng)為捕獲高光譜圖像提供了靈活的成像、放大和照明選項。系統(tǒng)帶有透射照明光源，用于測量薄膜和其它半透明材料。對許多樣品進行光學(xué)分析時透射配置效果好于反射配置。這些樣品可能包括：用于生物制藥中的條帶或貼劑，用于醫(yī)學(xué)研究的組織切片或者人工組織樣品（處理或未處理的）。另外，可以在透射光源下對近紅外波長范圍內(nèi)的任何半透明薄膜材料進行采樣。

主要特點

l  相機配置

ViaSpec™ 高光譜成像系統(tǒng)能夠搭配任何米德爾頓公司提供的光譜相機。波長范圍取決于選擇的傳感器，在400-2500nm之間變化?？墒褂每焖侔惭b支架將光譜相機裝在ViaSpec™框架上。標(biāo)準(zhǔn)配置的手動Z軸調(diào)節(jié)用于對焦。

l  平臺和框架

ViaSpec™ 高光譜成像系統(tǒng)具有用于透射的玻璃平臺。 作為玻璃平臺的替代方案，還提供一個水平的反射平臺，客戶（或者MSV按要求）可以根據(jù)不同樣品的大小和形狀進行調(diào)整，例如種子、藥片等。不同的相機和光譜儀可以通過對應(yīng)的適配器板安裝到ViaSpec™上。定制適配器板也可以設(shè)計，以適應(yīng)其他相機的安裝。

l  光照設(shè)置

鹵素光源是所有ViaSpec™ 高光譜成像系統(tǒng)的標(biāo)配。鹵素光源可選擇切換為光纖線光源(需要外部光源)。除了標(biāo)配的透射光源，ViaSpec™還配備了兩個反射光源，以進行反射光譜測量，但此選項必須在訂購時。有兩種類型的反射光源可選：鹵素線光源和直接照明，波長范圍在400-2500nm之間。它包含四個用于反射測量的20W燈泡，相同的配置也應(yīng)用于透射光源。有兩個光源安裝在一個共同的定位臂上，用于均勻的雙面樣品照明。

玻璃光纖線光源（見下圖），提供單或雙配置，覆蓋波長范圍400-1700 nm(不含鏡頭)。對于更高的水平，更聚焦的光，一個透明的塑料圓柱形透鏡是可用的。這種透鏡將波長范圍限制在400-1000納米。單線燈和雙線燈都是6英寸長，可以安裝在一個或兩個反射照明位置(可與鹵素?zé)艋Q)。

兩種反射率照明方案都有垂直高度調(diào)整和角度調(diào)整，以調(diào)整不同樣本的照明均勻性。適配器板也可以被設(shè)計來適應(yīng)其他相機的安裝。

主要參數(shù)

1.樣品托盤長度：13.5英寸（34.29厘米）；

2.樣品托盤寬度：6英寸（15.24厘米）；

3.移動距離：12英寸（30.48厘米）；

4.相機高度調(diào)節(jié)：8英寸（20.32厘米）；

5.尺寸：32英寸×20英寸×23英寸（81.28厘米×50.8厘米×58.42厘米）；

6.質(zhì)量：60磅（27.2千克）；

7.Via-Spec（MRC-920-043）近紅外可見光系統(tǒng)包括 ：

?  Via-Spec平臺整體和透射框架；

?  反射光源 (選擇以下之一)：鹵素?zé)?，光纖線燈/鹵素光源；

?  標(biāo)準(zhǔn)反射平臺模塊；

?  基于MSV 500 sCMOS的近紅外可見光光譜像機（MRC-922-001），適用400-1000 nm；

?  一副增強型前置光學(xué)透鏡(根據(jù)訂購時的要求制定)。

8.Via-Spec短波紅外系統(tǒng)(MRC-920-042)包括：

?  Via-Spec平臺整體和透射框架；

?  鹵素線光反射照明；

?  標(biāo)準(zhǔn)反射平臺模塊；

?  基于Specim SWIR MCT的短波紅外像機（MRC-303-005-02），1000-2500 nm；

?  一副增強型前置光學(xué)透鏡(根據(jù)訂購時的要求制定)。

應(yīng)用領(lǐng)域

植物科學(xué)與農(nóng)業(yè)，地質(zhì)，制藥，食品和實驗室等。

應(yīng)用案例

案例1 這個例子是一個涂了藥物的薄條帶，這個薄條帶貼在舌頭上后會分解。將幾個條帶重疊，以顯示在透射配置下穿過樣品的光量差異。可在生產(chǎn)過程中對藥條進行測量，以檢查其藥物的均勻性和成分的濃度。

案例2 生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用：本系統(tǒng)可以檢查許多不同類型的組織。下圖是人類軟骨組織樣品。在1000-2500 nm波長范圍內(nèi)，對已處理的樣品和未處理的樣品進行透射測量。使用EvinceTM高光譜圖像分析軟件對超立方體進行評估，發(fā)現(xiàn)樣品之間存在明顯差異。

產(chǎn)地與廠家：美國 MSV

MacroPhor™ Lab高光譜熒光成像系統(tǒng)

MacroPhor™ Lab高光譜熒光成像系統(tǒng)是針對樣品過大而無法進行標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡分析的情況而優(yōu)化設(shè)計的。該系統(tǒng)采用的高光譜熒光相機來獲取圖像。所得的高光譜熒光圖像包含樣品的空間和光譜信息。用戶可以通過這些數(shù)據(jù)進行純組分識別，并為進一步的組分分類方法提供依據(jù)。MacroPhor™ Lab高光譜熒光成像系統(tǒng)可應(yīng)用于植物科學(xué)，農(nóng)學(xué)，制藥業(yè)，生命科學(xué)等領(lǐng)域。

主要特點

• 高光譜成像的強大功能

MacroPhor™ Lab通過高光譜成像技術(shù)可得到令人驚嘆的圖像，其中包含每個像素的光譜信息。用戶可以通過圖片來研究不同光譜特征，或者使用三種化學(xué)計量學(xué)方法來提取純組分。

• 在更寬的波長范圍內(nèi)采集光譜信息

與基于濾光片的熒光系統(tǒng)相比，MacroPhor™ Lab的主要優(yōu)勢在于能夠在更寬的波長范圍內(nèi)采集光譜信息。MacroPhor™ Lab熒光圖像的每個像素都包含400至800nm的光譜信息。這使用戶能夠查看在基于濾光片的系統(tǒng)中無法查看的光譜特征。MacroPhor™ Lab是能夠區(qū)分多種熒光體的出色工具。

主要參數(shù)

1.由軟件控制的X-Y樣品平臺；

2.由軟件控制的用于對焦的Z軸控制模塊；

3.照明——帶有可更換底座的激發(fā)式激光器（405nm, 488nm, 532nm 或 640nm波長可選）。

視場（FOV）選項

4.具有50mm空間線（spatial line），179mm工作距離的鏡頭；

5.具有100mm空間線的廣角鏡頭；

6.具高靈敏度的熒光高光譜相機；

7.高達2000點的空間分辨率；

8.多達1000個光譜通道；

9.光學(xué)分辨率7.5nm（默認）；

10.macroPhor™圖像采集與控制軟件；

11.KemoQuant™分析軟件套裝；

應(yīng)用案例

關(guān)于種子質(zhì)量的信息可以通過特定基因型的種子萌發(fā)過程的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來確定。例如，種子發(fā)芽率和種子發(fā)芽所需時間是重要的數(shù)據(jù)。研究人員還想了解生長因素，如濕度、溫度和光照對發(fā)芽過程的影響。對于試圖提高作物產(chǎn)量的植物生理學(xué)家來說，提高種子萌發(fā)能力的技術(shù)是非常重要的。一旦種子開始發(fā)芽，熒光高光譜成像的技術(shù)可在生理特征顯現(xiàn)之前，更早和更可靠地測量種子萌發(fā)的跡象。

試驗通過MacroPhor™ Lab熒光高光譜成像系統(tǒng)來研究玉米種子四天內(nèi)的發(fā)芽過程。研究過程中使用多元曲線分辨(MCR)對收集的高光譜圖像進行分析，以揭示的熒光特征及分布、熒光出現(xiàn)的時間，并量化這些特征的相對強度。分析結(jié)果可以被提取和應(yīng)用于研究發(fā)芽過程。

熒光成像是研究植物材料的一種有價值的工具，因為它可以很容易地激活和檢測植物內(nèi)部的光合色素。MacroPhor™ Lab高光譜成像系統(tǒng)是為植物或植物相關(guān)材料的大尺度掃描而設(shè)計的。在相機前方安裝紅色熒光發(fā)射濾波器，可以減少并去除非葉綠素波長區(qū)域（λ<650nm）的熒光發(fā)射，因此在有/無熒光發(fā)射濾波器的情況下分別收集圖像數(shù)據(jù)（如圖1所示）。

圖1.光譜照相機前安裝或不安裝紅色濾波器情況下同一像素的平均光譜。兩種情況下，陷波濾波器濾除510nm以下的光來防止激光照射傳感器

試驗用6種不同基因型的種子，其中3種已知萌發(fā)速度較快(Fn)， 3種已知萌發(fā)速度較慢(Sn)。

不使用紅色熒光發(fā)射濾波器情況下，高光譜玉米種子圖像的MCR分析結(jié)果提取了4個主要的熒光發(fā)射光譜特征（圖2）。 個是葉綠素a的特征，其他三個特征與種子其他部分（例如胚乳，胚芽，種皮）發(fā)出的熒光物質(zhì)有關(guān)。

圖2.不使用熒光發(fā)射濾光片情況下所提取的光譜特征

雖然很難將因子2-4分配到種子的特定區(qū)域，但有些因子在種子的某些區(qū)域比其他區(qū)域多。例如，因子2出現(xiàn)在和胚根中。因子3在玉米種子胚乳中表現(xiàn)得更強烈。因子4在整個種子中都存在，但有時在胚芽中更集中。

圖3顯示了種子單個像素上每個光譜特征的相對強度百分比圖像。由于葉綠素的高熒光發(fā)射強度，部分圖像像素飽和，特別是在萌發(fā)76小時后。這些像素被從分析結(jié)果中移除，這就是圖像中一些最亮的葉綠素區(qū)域中強度百分比顯示為零的原因。這些像素以99%的色彩進行回填，以創(chuàng)建出偽彩色圖像。值得注意的是52小時后，幾乎所有快速發(fā)芽的種子中都可見到葉綠素。76小時后，只在一顆緩慢發(fā)芽的種子(S3組中的一顆種子)中發(fā)現(xiàn)少量葉綠素。

圖3.頂部圖片顯示的是發(fā)芽過程中的種子圖像，以下不同因子下對應(yīng)每種基因型種子的百分強度圖像。組圖像為偽彩色圖像，紅色代表葉綠素a，黃色代表因子6，藍色代表因子4

使用紅色熒光發(fā)射濾波器情況下，對高光譜玉米種子圖像進行MCR分析，提取了2個主要的熒光發(fā)射光譜特征（如圖4所示）。

圖4. 使用熒光發(fā)射濾光片情況下所提取的光譜特征

圖5.上半部分為種子的圖像，下半部分為偽彩色圖像。紅色代表葉綠素a，黃色為因子2

圖5中的偽彩色圖像(葉綠素圖像像素為紅色，MCR因子2圖像像素為黃色)是由這兩個因子的強度百分比圖像組合生成的。對于某些種子， 如F1種子2號在52小時，F3種子2號在52和76小時，S3種子2號在76小時，可見的發(fā)芽跡象出現(xiàn)之前，就可以觀測到葉綠素。

利用高光譜成像技術(shù)可以研究不同基因型的種子以及影響種子萌發(fā)過程的因素。我們能夠識別出在這些玉米種子中發(fā)現(xiàn)的四種的熒光特征，這些光譜特征集中出現(xiàn)在種子的特定區(qū)域，可以讓我們更全面地理解不同基因型玉米種子的萌發(fā)過程。

產(chǎn)地與廠家：美國 MSV

MacroPhor^TM Array陣列式高光譜成像系統(tǒng)

MacroPhor^TM Array是專為大樣本測量和大數(shù)據(jù)輸出而設(shè)計的一款高性能的陣列式高光譜成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)針對宏觀成像進行了優(yōu)化，具備整合多種成像模式（相機）和自動一次進行21個樣本拍攝的能力。直觀的軟件界面提供3單位×7單位的樣本陣列（整個托盤大小為746.25px×1730.5px）。用戶可以選擇不同采樣位置的組合，以獲得需要的數(shù)據(jù)。此外，用戶還可以通過軟件選擇一個或兩個相機用于圖像的獲取。獲取帶有多種高光譜成像模式的數(shù)據(jù)的能力可以提供樣品的互補性和獨立性信息。例如，在植物科學(xué)領(lǐng)域，光合色素的信息可以通過熒光成像來獲取，植物體內(nèi)水分分布可以通過近紅外成像來獲得。這種互補性信息對于植物表型研究是重要的。

主要特點

• 高光譜成像的強大功能

單點光譜測量設(shè)備可以提供高質(zhì)量的光譜，這些光譜信息對于理解或者解決實驗室中的問題是十分關(guān)鍵的。當(dāng)觀測一個樣品或產(chǎn)品的整個區(qū)域時，這些技術(shù)難以使用并且對于非勻質(zhì)性的對象，則無法提供有用信息。用戶通過高光譜成像儀可以獲得并快速查看整個樣品區(qū)域的圖像，以了解整個區(qū)域的數(shù)據(jù)。高光譜圖像包含圖像中每個像素的全光譜信息。這對于識別純組分，監(jiān)測整個樣品的均勻性，尋找污染物，或?qū)悠方M分進行定量測定是十分有用的。

• 大數(shù)據(jù)輸出與功能強大的軟件

MacroPhor^TM Array具有一個大樣本平臺，可以容納各種樣品，如植物和植物材料，酵母菌群，鉆芯，礦物和其他有機成分衍生的產(chǎn)品。該系統(tǒng)的大型樣品托盤可以容納21個樣品（例如培養(yǎng)皿，孔板，定制托盤等），這些樣品可連續(xù)掃描。MacroPhor^TM Array產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)集對普通用戶而言較難處理，，但是我們已經(jīng)開發(fā)了圖像分析軟件包KemoQuant™，它可以將數(shù)據(jù)集縮減為定量的和有意義的結(jié)果。KemoQuant™使用多元光譜分析技術(shù)來發(fā)現(xiàn)/識別高光譜圖像中存在的獨立變化的光譜成分，并對每個像素中存在的這些光譜成分進行量化。用戶還可以通過軟件獲得預(yù)定義網(wǎng)格（例如24孔板）下21個樣品的統(tǒng)計輸出，以及每個樣品的的統(tǒng)計輸出。KemoQuant™全光譜分析技術(shù)具備解決難題所必需的測量靈敏度和特異度。

主要參數(shù)

MacroPhor^TM Array最多可以配置兩個高光譜相機，該系統(tǒng)可配置寬波段成像或高光譜熒光成像。組合如下：

產(chǎn)地與廠家：美國 MSV

MacroPhor™ Flatbed高光譜熒光成像平臺

MacroPhor™ Flatbed高光譜熒光成像平臺是一款平面高光譜掃描系統(tǒng)，長40英寸 寬4英寸 ，具有玻璃表面可用于放置樣品，使用過程僅需要將樣品放置于玻璃板上并開始掃描即可。利用光學(xué)相機對焦在玻璃板上，確保每次拍照都能形成清晰的圖像。可以用于掃描的樣品包括植物、礦物、食物、昆蟲及小型動物。當(dāng)掃描圖像時，固定波長的激光以一條直線照亮樣品，有405nm、488 nm、532 nm和640 nm多種波長的激光可供選擇。激光的光源安裝于可調(diào)換的底座中，用于切換激光光源。HSI平面成像系統(tǒng)可以使用兩個相機同時成像，可組合的相機類型包括：熒光，可見光近紅外（VNIR），近紅外（NIR）或短波紅外（SWIR）相機。

主要參數(shù)

1.樣品臺：平板式，玻璃板（長101.6cm，寬10.16cm）；

2.照明：鹵素?zé)粲糜赩NIR, NIR SWIR相機，LED用于RGB相機，激光用于熒光相機；

3.相機和激光選項：

應(yīng)用領(lǐng)域

植物科學(xué)，小型動物拍照，地質(zhì)學(xué)，食品科學(xué)及分析，昆蟲學(xué)。

產(chǎn)地與廠家：美國 MSV

PlantSpec^TM10整株植物高光譜成像系統(tǒng)

PlantSpec^TM10是一款理想的整株植物高光譜成像系統(tǒng)?？梢詫Ω哌_4英尺（約122厘米）的植物進行高光譜掃描成像；此外，攝像頭也可以從側(cè)面對植物進行掃描?？筛鶕?jù)被掃描的植物不同的視角提供各種視野的成像鏡頭。該系統(tǒng)配有一個大框架，可以適應(yīng)高光譜，RGB或熱敏攝像機。一個80英寸的驅(qū)動器移動高光譜相機。該系統(tǒng)配有照明、高光譜攝像機、白色參比面板，PC和框架。

PlantSpec^TM10使用兩組線性排列的鹵素?zé)?，?/span>400-2500nm波段內(nèi)系統(tǒng)的響應(yīng)非常均勻。是VNIR或者NIR光譜相機的理想系統(tǒng)。照明系統(tǒng)的每組有13個35w易于更換的鹵素?zé)?。用戶可以根?jù)需求選擇打開所有的燈或者只打開一半的燈（每組的燈間隔打開）。

主要特點

l  多波段范圍

PlantSpecTM10支持兩個光譜相機用于成像，包括VNIR和NIR高光譜相機，波段范圍為400-1700nm。

l  高光譜成像能力

單點光譜測量設(shè)備可以提供高質(zhì)量的光譜，這些光譜信息對于理解或者解決實驗室中的問題是十分關(guān)鍵的。這可以解決諸如“是什么”和“有多少”的問題。當(dāng)觀測一個樣品或產(chǎn)品的整個區(qū)域時，這些技術(shù)難以使用并且對于非勻質(zhì)性的對象，則無法提供有用信息。用戶通過高光譜成像儀可以獲得并快速查看整個樣品區(qū)域的圖像，以了解整個區(qū)域的數(shù)據(jù)。高光譜圖像包含圖像中每個像素的全光譜信息。這對于識別純組分，監(jiān)測整個樣品的均勻性，尋找污染物，或?qū)悠方M分進行定量測定是十分有用的。 

l  白色參比面板

白色參比面板安裝在架子的右側(cè)，移動光譜相機到適當(dāng)位置以捕獲參比圖像，白色參比面板的高度可根據(jù)樣品的高度上下調(diào)節(jié)，如需避光測量可關(guān)閉遮板來提供黑暗的環(huán)境。

主要參數(shù)

1.相機類型：VNIR  400-1000nm，NIR   900-1700nm；

2.照明系統(tǒng)：帶供電系統(tǒng)的兩組線性排列的鹵素?zé)簦?/span>

3.參照：白色參比面板-安裝于相機的右側(cè)，白色參比面板高度可調(diào)節(jié)；

4.遮板：提供無光環(huán)境；

5.電腦：無風(fēng)扇被動散熱電腦，win10系統(tǒng)，1TB固態(tài)硬盤；

機械設(shè)備

6.框架：模制鋁合金；

7.可移動性：帶有可鎖定的腳輪；

8.規(guī)格（英寸）：長110（279厘米），高86（218厘米）寬48（122厘米）。

產(chǎn)地廠家：美國 MSV

PlantSpec^TM100高通量高光譜表型成像系統(tǒng)

PlantSpec 100高通量高光譜表型成像系統(tǒng)可以配合植物傳輸系統(tǒng)使用（另售），從而移動植物通過成像塔。該系統(tǒng)包含成像室及兩個高光譜照相機（VNIR標(biāo)準(zhǔn)），照明系統(tǒng)和高光譜工作站。包含數(shù)據(jù)可視化軟件，以及其他可用于高光譜成像分析的軟件工具。

基本配置

PlantSpec 100高通量高光譜表型成像系統(tǒng)包含以下組件：

? 帶自動門的避光成像塔；

? 適用于頂部及側(cè)面成像的照明系統(tǒng)；

? 供電模塊；

? 軟件控制的電動驅(qū)動器，用于驅(qū)動每個攝像頭的圖像掃描；

? MSV 500 VNIR高光譜相機400-1000nm（標(biāo)準(zhǔn)）；

? OLE 17mm鏡頭（可選）；

? 白色參比面板；

? 帶有PLC接口的快速圖像采集軟件；

? 可用于連續(xù)操作的自定義傳輸系統(tǒng)；

? 射頻掃描RFID植物識別系統(tǒng)；

? 水肥站（自選）；

? 自動測量模塊；

應(yīng)用領(lǐng)域

植物科學(xué)

農(nóng)業(yè)科學(xué)

園藝花卉

產(chǎn)地與廠家：美國  MSV