Videometer植物/作物表型組學研究方法：成像品質可視化分析

更新時間：2022-05-12　點擊量：1783

多光譜成像

多光譜成像與高光譜成像非常相似。用以獲得紫外（UV）和可見-紅外光譜測試樣本圖像中的所有像素。具體來說，多光譜成像系統(tǒng)通常可以提供3到20個波段的圖像或圖像平面圖（如2個波段來自UV，3個波段來自VIS，5個波段來自IR）。這些波段之間沒有連續(xù)性。高光譜圖像是指每個像素形成一個幾乎連續(xù)的光譜。高光譜圖像的每個空間位置可能有數(shù)百個波段。如此龐大的數(shù)據(jù)量增加了成本計算工具的負擔和成本，不可能用于實時應用。只有采用多光譜成像技術記錄一組小數(shù)據(jù)的信息的間隔光譜帶可以達到快速識別和檢測的目的。作為變革性成像系統(tǒng)，多光譜成像系統(tǒng)可以基于濾波和色散裝置（如光學元件）來開發(fā)濾波器和可調諧濾波器，其特點是具有不同的間距和帶寬。例如一種多光譜成像系統(tǒng)，由電荷耦合設備攝像機和少量特征帶干擾濾波器組成，可快速對色素成像。由于重量輕、硬件簡單、采集速度快，多光譜成像具挑戰(zhàn)性的任務是選擇特征波長來表示識別感興趣樣品的特征。多光譜成像的特點是利用不連續(xù)的多光譜圖像數(shù)據(jù)，而不是冗余的高光譜圖像數(shù)據(jù)用于建模和評估食品質量的圖像。收集到的多光譜帶存為若干個圖像，是3D（x，y，λ）光譜數(shù)據(jù)立方體。在立方體中，x和y代表兩個空間維度，λ表示光譜尺寸，其中VIS/IR光譜通常可分為4個部分，即：可見光譜（380-780 nm）、近紅外光譜（780nm-2500nm），中紅外（MIR）光譜（2500-25000 nm），以及遠紅外（FIR）光譜（25000-300000nm）。關于植物食品質量和安全分析，多光譜分析成像系統(tǒng)，設計用于獲取可見-近紅外區(qū)域（380至2500 nm）的光譜數(shù)據(jù)。收集的光譜可以提供樣品的復雜結構特征與色素和諧波的強吸附有關（如一階諧波、二階諧波和三階諧波），或分子鍵（如C–H（脂肪族）的組合模式（變形和拉伸）C–O（羧基）、N–H（酰胺和胺）和O–H（羥基）官能團）.

文獻報道的果實品質可視化

多光譜成像系統(tǒng)是一種能夠同時獲取光譜特征和空間圖像信息的基本設備，是光電成像系統(tǒng)發(fā)展的和植物表型組學研究的重要方向。多光譜成像系統(tǒng)一般可提供具有3至20個非連續(xù)波段的圖像，并已在農(nóng)業(yè)和食品領域得到廣泛應用。從成像原理上講，多光譜成像技術就是把入射的全波段或寬波段的光信號分成若干個窄波段的光束，然后把它們分別成像在相應的探測器上，從而獲得不同光譜波段的圖像。

Videometer公司開發(fā)的多光譜植物表型成像系統(tǒng)VideometerLab通過測量植物在19種不同波長的LED頻閃光下的成像來獲取有用的信息。這些圖像可以獨立分析使用，也可以疊加起來合成高分辨率的顏色圖像。Videometer備選模塊包括熒光成像模塊，能夠實現(xiàn)葉綠素熒光成像（葉綠素a和葉綠素b）。

VideometerLab多光譜多光譜植物表型成像系統(tǒng)是一種新型的、功能強大且性價比高的植物表型成像測量系統(tǒng)。基礎模塊包括可見光成像，UV紫外成像以及NIR成像。可固定攝像頭或移動攝像頭。因拍照速度迅速，可實現(xiàn)較高通量成像。但需要手工較換樣品，可以測量較小的樣品。但分析軟件功能強大。可對植物果實、種子、葉片、擬南芥等小植株、用多孔板培養(yǎng)的植物、多孔板里的葉圓片、種子、愈傷組織等，可以進行高通量測量。該系統(tǒng)也可以對細菌、小型動物、蟲卵等進行高通量成像測量，進行毒理學或其它研究。通過控制系統(tǒng)就可以進行高分辨率多光譜成像。對于擬南芥等冠層平展的植物，可以進行自動的葉片計數(shù)等。

多光譜成像技術被認為是高光譜成像技術的一次變革。它可用于無創(chuàng)快速評價果蔬品質表型質量。盡管已經(jīng)有幾種成像或基于傳感器的技術用于各種食品的質量評估，但多光譜成像更具有應用前景，多光譜傳感器廣泛應用于在果蔬（如谷物、豆類、塊莖、水果和蔬菜）質量評估中，常用建模方法和特征波長選擇方法確定和可視化的果蔬的不同質量參數(shù)（如物理化學和微生物方面）。根據(jù)文獻進展，波長選擇方法是連續(xù)投影算法（SPA）和回歸系數(shù)（RC）。多種化學計量學方法可用于果實品質分析，用于分析果蔬食品的*模型是偏最小二乘回歸（PLSR）、最小二乘支持向量機（LS-SVM）、支持向量機（SVM）、偏最小二乘判別分析（PLSDA）和多元線性回歸（MLR）。