​        隨著氣候變化、人口增長，對育種和農學研究人員提出了巨大挑戰(zhàn)，隨著自動化技術、機器視覺技術、生物信息技術等的發(fā)展，對野外生長植物進行迅速、準確、高通量無損傷的進行多源、多尺度、多性狀表型分析，變的尤為迫切。除了傳感器技術，傳感器獲取數(shù)據(jù)的解讀更加重要，法國Hiphen團隊源自法國農業(yè)科學院以及法國Arvalis植物研究院等，團隊首席科學家是Fred Baret教授，世界遙感和田間表型先進專家，也是將遙感技術應用于植物表型研究領域，Hiphen室外高通量植物表型成像一站式解決方案對遺傳學、生物技術、作物育種，及作物對氣候變化、土壤、耕作管理的響應研究監(jiān)測等。

功能特點：

博普特代理的高通量植物表型成像一站式解決方案是多源功能成像平臺，集成了多光譜成像、RGB成像、紅外熱成像、激光雷達LiDAR、高光譜成像等各種先進先進傳感設備，全面分析：

    1.結構性狀表型分析（RGB成像及LiDAR）
    2.功能表型分析（多光譜熒光成像）
    3.性狀與生長評估（RGB成像及LiDAR）
    4.光合作用表現(xiàn)（新型多光譜熒光成像、傳統(tǒng)葉綠素熒光成像）
    5.生物脅迫與非生物脅迫響應（多光譜成像、高光譜成像、紅外熱成像、葉綠素熒光成像）
    6.生理生態(tài)表現(xiàn)包括光合生理、氣孔動態(tài)、生化代謝指標等等（多光譜成像、高光譜成像、紅外熱成像、全植物表型生理測量系統(tǒng)）。

 

地面維度：移動植物表型設備

Phenomobile野外表型成像車采用全自動無人駕駛技術，進行移動式自動成像分析，是一款全植株表型分析平臺，搭載多光譜、Lidar、RGB等相機，由于采用開放式框架設計，易于整合任意新型傳感器。
田間IoT： 田間IoT系統(tǒng)可搭載土壤氣象監(jiān)測站以及多光譜相機，利用自帶插件和云數(shù)據(jù)庫，全面分析環(huán)境條件與表型性狀的關系

便攜式多光譜表型成像：采用多源遙感技術，除了標配多光譜相機，還可同步紅外和ＲＧＢ相機，真正經濟款野外便攜式表型成像設備，處理植株高度可達3m，是便攜式植物表型研究的歷史性突破。。
數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)：Cloverfield物聯(lián)網(wǎng)表型分析大數(shù)據(jù)與平臺，包括系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理分析與可視化在線顯示、數(shù)據(jù)庫等。

空中維度：移動植物成像系統(tǒng)

空中：無人機搭載高通量植物表型冠層測量系統(tǒng)可搭載無人機，實現(xiàn)從近地遙感表型分析
田間表型是指植物經歷的野外真實條件下的表型評估。田間表型分析要選擇正確的性狀特征、表型分析工具、評估平臺或基本的數(shù)據(jù)管理方法，也要兼顧環(huán)境融入，也即生境。植物表型分析既要有效利用資源，也要結合適當?shù)脑囼灩芾怼⒖臻g變異處理，根據(jù)定義目標環(huán)境中普遍存在的關鍵約束條件開發(fā)更全面的數(shù)據(jù)管理模式，包括作物建模。法國農業(yè)科學院的科研進展為為表型研究者提供一個廣泛的視野，指導研究人員如何較好地實施田間表型分析，找到有效的方式彌合育種者和“表型育種者”之間的差距。

高通量的表型分析直接影響三個方面：更精確的遺傳篩選、鑒定新的遺傳變異以及改進對目標群體環(huán)境因子的篩選，進而較好做遺傳決策。植物田間高通量表型分析也間接影響育種規(guī)模以及育種周期。下圖是法國農業(yè)科學院Fred教授提出的田間表型研究不同遙感傳感器的總結，實際上在科研中，田間多種傳感器結合也得到了深度應用和開發(fā)，并發(fā)表了系列高品質文章；研究中也多次使用Hiphen開發(fā)出的多光譜表型傳感器Airphen，該多光譜表型研究傳感器可以從地面和空中等多個維度進行田間表型研究，具有非常靈活的集成特性。

評估大田作物苗期特征的常見遙感傳感器

利用紅、綠、藍RGB成像進行田間表型研究的應用實例

作者利用相機獲取的圖像，進一步分析，獲得了田間玉米不同類別的特征：作物特征的計數(shù)、植物/作物生長的監(jiān)測和發(fā)育以及三維重建。

多維度田間植物表型平臺

這些多維度植物表型平臺使用了基于不同光譜范圍的遙感工具，包括RGB相機（VIS）、多光譜、高光譜傳感器和相機、激光雷達（LiDAR）傳感器、熱傳感器（TIR / LWIR）、激光雷達多光譜傳感器。
 

隨著表型分析和作物生長模型的不斷演化，育種者能夠獲取有關植物適應性的生理決定因素的信息，從而精確選擇適合目標環(huán)境的品種。大數(shù)據(jù)將有助于在不同層面來完善新品種的對生長環(huán)境的需求，來詮釋基因分型×環(huán)境×管理（G×E×M）互作。
 
法國Hiphen公司室外多維度植物表型成像平臺

Hiphen是專注于在植物育種以及精準農業(yè)領域提供高通量測量系統(tǒng)和服務的公司，主要技術來自ARVALIS植物研究所, ITB和INRA法國農業(yè)科學院，公司又在此基礎獨立開發(fā)出了相關系統(tǒng)和方法。Hiphen公司也向植物育種育種公司、作物生產和研究團體以及其它客戶提供基于獨特傳感器以及云數(shù)據(jù)技術服務，服務分為3個層次，相機模塊以及配套軟件、基于云數(shù)據(jù)的計算以及客戶特點需求解決方案。Hiphen公司集中研發(fā)了相關獲取田間植物特征系統(tǒng)和方法，技術早期來源于UMR EMMAH 和UMT CAPTE項目，目前Hiphen公司已經擁有一個龐大的技術團隊，進行系統(tǒng)和方法的深度開發(fā)。
田間植物表型組學通過集成了自動化平臺裝備和信息化技術手段，用來獲取多尺度、多生境、多源異構植物表型學大數(shù)據(jù)，結合其它組學，從植物表型組學高度系統(tǒng)深入地挖掘“基因型-表型-環(huán)境型”內在關系、全面揭示特定生物性狀的形成機制，將極大地促進功能基因組學、作物分子育種與有效栽培的進程。Hiphen公司研發(fā)了多個不同的產品，Airphen不僅是一臺多光譜相機，還是一款多功能科學系統(tǒng)，目前推向市場的有：
 
地面維度：Airphen LITERAL便攜式植物表型系統(tǒng)

該便攜式有效率植物表型成像系統(tǒng)集成有多個表型傳感器，重量輕、系統(tǒng)功能強大，可快捷、便攜進行植物田間表型研究，這組傳感器提供了廣泛的傳感配置，系統(tǒng)標配RGB可見光和多光譜數(shù)據(jù)，以適應農作物的特異性。配置靈活光照系統(tǒng)，多項參數(shù)輸出，多種植被指數(shù)、LAI計算、葉綠素含量計算、植物計數(shù)、器官計數(shù)等，系統(tǒng)配有自動設置，備選2種地理信息設置，數(shù)據(jù)獲取界面友好，從而進行有效表型數(shù)據(jù)處理。該系統(tǒng)標配高分辨率RGB成像模塊以及多光譜表型成像模塊，通過配置的可調支撐桿，植株測量高度可達3m。系統(tǒng)配有肩背電池，系統(tǒng)工作時間可達10個小時。系統(tǒng)還可添加RTK定位系統(tǒng)，測量規(guī)劃科通過平板或計算機界面進行設置，所有的傳感器都連接在一個采集盒上，這個采集盒可以觸發(fā)攝像頭，存儲數(shù)據(jù)，并與平板電腦進行通信。平板電腦可以通過用戶友好的圖形界面定義測量場景。測量場景描述每個傳感器的配置、試驗計劃和每個小區(qū)中的測量數(shù)量。這樣可以在現(xiàn)場輕松使用，并確保正確引用每個獲取的圖像和元數(shù)據(jù)。 單個電池為所有攝像機和采集盒供電，從而保證了全天疾病檢測的電源。所有采集數(shù)據(jù)與高通量表型采集設備獲取數(shù)據(jù)兼容，可用于云數(shù)據(jù)平臺如cloverfield的數(shù)據(jù)分析。

地面維度：溫室多光譜表型系統(tǒng)（帶閃光燈）
 

Airphen 相機同時可配備閃光燈，專用于溫室應用。Airphen相機可以完全同步控制閃光燈。該特征能提供穩(wěn)定光照條件（無陰影），進行長期值守和無間斷測量（日以繼夜）。所獲得數(shù)據(jù)可直接由CLOVERFIELD進行處理。

地面維度：植物表型機器人平臺

Airphen相機可以集成在任意植物表型機器人上�？梢罁�(jù)客戶需求，通過備選以太網(wǎng)端口進行控制。數(shù)據(jù)也可在CLOVERFIELD上進行處理。

Phénomobile:表型機器人，裝備了系列傳感器(RGB相機，Lidar，光譜儀)，可自動觀測植物表型情況。ARVALIS和INRA開發(fā)的用于小型植物的原型已經在實踐中應用。在Phenome項目下，適合寬范圍作物的升級版正在研發(fā)中(玉米、向日葵、 油菜等) 。因成本較高，因此Hiphen將結合集成服務的形式提供一體化解決方案。

地面維度：根系多光譜成像系統(tǒng)

丹麥Videometer公司開發(fā)的根系多光譜原位監(jiān)測系統(tǒng)，是做根系研究的革新性專業(yè)裝備，無論對于淺根系蔬菜還是淺根系喬木，都具有現(xiàn)實性研究意義。目前在根系研究領域中，對于玉米根系和小麥根系所作的研究比較多，但大多還采用傳統(tǒng)不可重復的挖掘方法。植物根系原位監(jiān)測儀的出現(xiàn)，改變了這種情況，使得植物研究人員在對根系進行研究的過程中，可以使用原位的方式，無損傷的進行監(jiān)測。

 
根系是植物主要吸水、營養(yǎng)物等器官，通過對根系監(jiān)測和研究，能優(yōu)化水肥方案，促進農作物、林業(yè)等產業(yè)增產增效，有利于土地荒漠化治理、土壤修復等。但長期以來，對根系研究主要是采用挖掘法、土鉆法、土柱法、容器法、剖面法等傳統(tǒng)方法，采樣破壞性大、工作量大，嚴重阻礙了根系研究的深入開展。《科學》雜志曾出版專輯認為，“人類對自己腳下土壤的了解遠遠不及對宇宙的了解”，更是佐證了地下生態(tài)學研究難度之大。因此，對根系研究方法的選擇和改進，對科研結果影響巨大。

丹麥根本哈根大學科學家等利用多光譜成像系統(tǒng)對植物植株、根系進行成像研究，取得了前瞻性的成果。

該研究以深根系大麥為研究對象，將大麥下方埋了有3m長的微根管，使用Videometer公司的Videometer MR多光譜成像系統(tǒng)，定期通過根窗透明面對根系成像分析。原始光譜圖像經過Videometer自帶軟件一系列算法處理后得到目標根系圖像，隨后進行閾值分割、模糊聚類等模型分析，得到根系的形態(tài)學數(shù)據(jù)。
 

傳統(tǒng)的RGB可見光成像技術是利用顏色識別根系，前提是根系和土壤之間要有比較明顯的色差，但實際根系生長在土壤中，顏色差異并不明顯，這樣根系識別可能會造成比較大的誤差，RGB可見光成像技術使用就會受限。歌本哈根將多光譜成像技術和傳統(tǒng)的RGB成像技術進行了對比，顯示多光譜成像技術基于光譜特征在根系識別上的明顯優(yōu)勢，并且對多光譜成像另一項功能進行了初步探討——即光譜特征對于根系生化特性的識別（例如細根發(fā)生、成熟、衰老、死亡的周轉過程；例如根際分泌物成分的變化等），顯示了多光譜成像技術在根系植物表型研究領域的巨大潛力。
 

空中維度：Airphen移動搭載多光譜相機

AIRPHEN 是HI-PHEN開發(fā)出的一款無人機多光譜相機系統(tǒng)，在UAV領域搭載進行移動光譜生長指數(shù)測量。相機設計來源于科研領域，輕便、緊湊、可配置功能強大(波段、視野）�？蛇M行無線操作并與相輔助的熱成像IR相機和高分辨率RGB相機結合使用。搭載AIRPHEN是一款多光譜相機系統(tǒng)是目前世界測量波段較多、速度較快、較輕便、功能較強大無人機多光譜相機系統(tǒng)，非常適合大面積林業(yè)、農業(yè)、生態(tài)調查勘測使用以及植物田間表型成像研究。

目前，Hiphen作為植物育種、生態(tài)環(huán)境和精準農業(yè)技術服務供應商，將提供配套搭載 Airphen相機和其它傳感器的各種工具。就長期而言，Hiphen將會提供即用系統(tǒng)，客戶能直接進行操作，包括各種搭載工具傳感器以及相關處理過程。Hiphen的目標市場首先是育種領域的育種公司、生產集團以及其它客戶，另外領域重點客戶來自精準農業(yè)領域。實際上，從長期而言，表型環(huán)境下獲取的指數(shù)，可用于決策支持，在對不同栽培種的特征方法校準后，可設計算法探索分析來自無人機、輕型飛機或衛(wèi)星的圖片。

北京博普特科技有限公司作為公司Hiphen和Videometer公司中國區(qū)獨家總代理，全面負責其系列產品在中國市場的市場推廣、銷售和售后服務，從信息的披露到產品的細節(jié)，作為總代的博普特具有非常大的優(yōu)勢，請廣大經銷商和客戶注意甄別，以免上當。