一、产品介绍
无人车式植物高通量表型采集分析平台是针对田间或温室环境下植物表型鉴定需求设计的，以无人车等移动平台为载体的，集植物表型图像采集与参数分析功能于一体的高通量平台。平台采用轮式机器人，包含高清摄像头、定位系统、控制系统等，具备自主避障的能力，实现自主巡航，同时进行信息采集上传。平台支持配置多光谱、高光谱、可见光、激光雷达、热红外等多种成像技术，能够快速、高效地采集植物表型数据。对植物的冠层信息、长势信息、营养信息进行研究。适用于遗传育种、植物生理学、植物病理学、生态学、环境科学、植物保护等研究领域。
二、适用场景
无人车式表型平台可进行田间或温室内场景下的地栽和盆栽作物高通量表型参数的采集与应用，适应田间环境、作物栽培要求、用户实验要求以及作物生理要求，可用于实验应用中的生长研究、逆境响应、病害研究等多种场景。
三、系统组成
- 无人车移动单元：采用轮式无人车，包含多功能成像单元、北斗定位系统、控制系统等，无人车具备自主避障的能力，实现采集路线的自主巡航，可搭载成像传感器进行作物扫描成像，同时进行信息采集上传。
- 多维传感融合图像成像单元：包含可见光成像、激光雷达成像、高光谱成像、红外热成像模块。各成像模块均支持独立或组合工作，并配有专业表型软件进行采集成像和解析。支持成像模块扩展。
- 边缘计算与解析单元：平台采用全自研算法，可对多种常见植物的冠层信息、长势信息、营养信息进行测定，根据客户需求，各模块支持设计定制关联模型，支持对特定类型胁迫响应程度或病害等级进行具体分析。
- 数据管理单元：配备专业分析软件，支持用户通过自建实验工程，对不同成像单元进行数据采集成像，图像分析，图像处理，数据查看、数据导出等，也可根据不同的实验课题、实验要求进行整个实验周期数据管理。
成像单元模块：
可配置可见光成像、激光雷达成像、高光谱成像、红外热成像等多种类型的成像模块。模块支持定制化选配。
- 可见光成像模块：主要分析作物颜色、形态及纹理参数，包含作物总面积、绿叶面积占比、可见叶片边缘长度、作物持绿特性、卷叶程度、枯死叶比例、植株紧凑度、植株伸展度、株型分散度等。
- 激光雷达成像单元：获取高精度植物点云，基于算法生成植物的高精度三维模型，精确测量作物的高度、冠幅等生长参数；分析植物的形态结构，如叶片分布、枝条形态，可以用于监测植物在不同生育期的动态变化。
- 高光谱/多光谱成像单元：基于多个波段的植物光谱反射信息，可实现植物NDVI等植被指数的获取，通过不同光谱波段数据分析植物健康状况，评估养分状态；用于解析植物组分含量变化、营养状况以及生长状况。
- 红外热成像单元：检测植物表面的温度分布，可实现识别缺水或过水等生理状态，识别病虫害或胁迫反应，并通过智能算法推测植物的蒸腾作用强度。评估植物对不同环境条件的响应。
四、功能特点
- 高度集成：高度集成控制与成像技术，高度集成可见光成像、高光谱成像单元的采集与分析，实现全自动、高通量对植物成像解析；
- 自动化移动系统：系统采用全自动移动装置，可前后左右掉头移动，配备智能化图像采集模块，可实现系统全程自动化运行，减少人工操作误差；
- 自动化参数解析：系统自动内置作物解析模型算法，根据可见光、高光谱等模块直接自动解析多项作物表型参数和生理参数；
- 配备数据采集与分析软件：集成多种光学传感器采集接口，可在软件上操作系统进行全自动运行和各成像单元的采集与分析，分析结果自动储存到实验数据；
- 数据展示分析：支持对测量的数据进行进一步分析展示，如可根据时间序列图进行柱状图、曲线图、散点图等进行展示，便于直观感知数据变化趋势和进一步挖掘。
- 灵活配置：系统支持多维度传感模块，多类型成像传感器类型支持自定义选配；
- 安全设计：系统具有限位装置、急停按钮等安全保护装置，配有故障警报装置，保障操作安全性。停机、故障、离线等情况不影响系统稳定性，保障意外状态下平稳运行；
- 数据安全：数据采用安全传输模式，储存空间无限扩容，保障用户需求的同时保障数据安全；
- 定制化设计：可配合用户实验开展需求设计，根据不同作物定制化不同实验检测方案，定制化软件开发，所有软件保证永久更新升级。
五、技术参数
（1）无人车移动单元
- 测量高度：0~1.5m，可根据用户情况定制化设计
- 可搭载传感器：包括可见光相机、高光谱相机、红外相机、激光雷达等
- 行驶精度：±5cm
- 田间检测速度：0-1m/s
- 续航时间：全时作业续航时间≥5小时
（2）可见光成像单元
- 传感器类型：全彩高分辨率RGB工业相机
- 每区域拍摄图像帧数：1（可定制）
- 测量参数：包含作物总面积、绿叶面积、绿叶面积占比、分形维数、内接矩面积、内接矩宽度、高度、周长面积比、总面积最小内接矩面积比、凸包面积、可见叶片边缘长度、作物持绿特性、卷叶程度、枯死叶比例、植株紧凑度、植株伸展度、株型分散度等
（3）高光谱成像单元
- 成像波长范围：400-1000nm
- 光谱分辨率：5nm（均值）
- 测量参数：计算植物冠层光谱特征曲线，以及光谱指数如NDVI、GVI等三十个常用植被指数，叶绿素含量、冠层氮含量等生物学参数的分析，
（4）多光谱成像单元
- 成像波长：蓝光（中心波长475nm）、绿光（中心波长560nm）、红光（中心波长668nm）、红边（中心波长717nm）、近红外波段（中心波长840nm）
（5）激光雷达单元
- 激光等级：一级安全激光
- 测距范围：1~20m
- 采集视场角：水平360°，垂直300°
- 测量精度：<3mm@1m
- 控制操作：大尺寸电阻触摸屏、WIFI无线遥控操作
- 测量参数：株高、叶面积、叶面积指数、投影面积、植物群冠层覆盖度、植物群冠层高度均值、植物群冠层幅长均值、植物群冠层幅宽均值、叶面积密度等
（6）红外热成像单元
- 测温范围：（可选）：-40至+150℃，+100至+650℃，+300至+2000℃
- 测温精度：±2℃或读数的±2%
- 分辨率：640 x 480pixel
- 焦距：6mm
- 热灵敏度/NETD：<0.05℃@+30℃/50mK
- 空间分辨率（IFOV）：68mrad
- 探测器像素间距：17µm
- 探测时间常数：典型值8ms
- 测量参数：可计算冠层平均温度、最高温度、最低温度，可形成温度分布图、区域温度分析
