SpectraScan-R根系光譜掃描成像分析系統(tǒng)

一、用途：

SpectraScan-R是一套于離體（ex-situ）根系VIS-NIR波段光譜掃描成像分析的儀器系統(tǒng)，完整植物根系取土后可直接進(jìn)行可見光近紅外高光譜掃描成像分析，還可以進(jìn)一步經(jīng)過洗根后掃描成像然后通過專業(yè)軟件進(jìn)行根系分析，可以分析根系長度、直徑、面積、體積、根尖記數(shù)等，還可以分析新生根系、根系水分分布、根系生化結(jié)構(gòu)二維時(shí)空分布成像等，甚至可以通過高光譜技術(shù)二維成像分析根系土壤基質(zhì)有機(jī)碳、水分含量等時(shí)空動(dòng)態(tài)變化。功能強(qiáng)大，操作簡單，軟件可分析植物根系的形態(tài)，色彩、分級伸展分析及根系的整體結(jié)構(gòu)分布等等?？蓮V泛應(yīng)用于植物根系動(dòng)態(tài)、植物表型分析、植物脅迫、土壤生態(tài)修復(fù)、濕地監(jiān)測等領(lǐng)域。

二、原理：

SpectraScan-R根系分析系統(tǒng)利用高質(zhì)量RGB圖形掃描儀及高光譜成像系統(tǒng)，獲取高分辨率植物根系可見光圖像及高分辨率光譜數(shù)據(jù)，然后通過專業(yè)分析軟件對根系形態(tài)結(jié)構(gòu)、光譜特征、生化組成等進(jìn)行分析。掃描儀在掃描面板下方和上蓋中安裝有專門的雙光源照明系統(tǒng)，并且在掃面板上預(yù)留了雙光源校準(zhǔn)區(qū)域。掃描時(shí)，掃面板下的光源和上蓋板中的光源同時(shí)掃過高透明度根盤中的根系樣品，這樣可以避免根系掃描時(shí)容易產(chǎn)生的陰影和不均勻等現(xiàn)象的影響，有效地保證了獲取的圖像質(zhì)量。

WinRHIZO軟件可以讀取TIFF，JPEG標(biāo)準(zhǔn)格式的圖像。針對獲取的圖像，利用插入加密狗解密的軟件，同時(shí)配合廠家針對掃描儀配置的Scanner.cal校準(zhǔn)文件，對掃描獲得的高質(zhì)量根系圖像進(jìn)行分析。采用非統(tǒng)計(jì)學(xué)方法測量計(jì)算出交叉重疊部分根系長度、直徑、面積、體積、根尖等基本的形態(tài)學(xué)參數(shù)；利用軟件的色彩等級分析功能、高光譜成像分析，還可以對根系RGB、近紅外光譜進(jìn)行分析，從而進(jìn)行根系存活數(shù)量、水分、根系生長和營養(yǎng)狀況、土壤基質(zhì)等方面進(jìn)行分析研究；利用軟件的高級分析功能，還可以對完整的植物根系圖像進(jìn)行根系連接分析（研究根系分支角度、連通性等形態(tài)特征）、根系拓?fù)浞治觯ㄑ芯扛颠B接數(shù)量、路徑長度）和根系分級伸展分析（記錄根系整體等級分布情況）。從而滿足研究者針對植物根系不同類別和層次的研究。

三、組成：

1、圖像撲捉系統(tǒng)：經(jīng)過廠家調(diào)試的標(biāo)準(zhǔn)根系掃描設(shè)備，匹配專門的光源、具有校正特點(diǎn)、根系固定裝置等

2、高光譜成像分析單元，對根系及土壤基質(zhì)進(jìn)行高光譜成像

3、根系分析系統(tǒng)：基本版 /標(biāo)準(zhǔn)版 /專業(yè)版WinRHIZO分析軟件

4、電腦（低配置：Pentium III / 64 MB內(nèi)存 / 17"顯示器）用戶自備

光譜掃描設(shè)備類型及區(qū)別見下表：

**WinRhizo Pro版本包括藍(lán)色背景板

四、基本技術(shù)指標(biāo)：

1、不同版本W(wǎng)inRhizo主要技術(shù)指標(biāo)：

* 擬南芥版具有專業(yè)版所有功能，另外還可針對擬南芥類植物的細(xì)小、交叉根系進(jìn)行測量

2、VIS-NIR光譜掃描成像分析：

1)高光譜掃描成像分析波段：400-1000nm（標(biāo)配），可選配900-1700nm或1000-2500nm短波紅外波段

2)智能一體式高光譜掃描成像技術(shù)（標(biāo)配），內(nèi)置自動(dòng)推掃系統(tǒng)、取景器相機(jī)等，高度便攜，集光譜成像數(shù)據(jù)采集、可視化數(shù)據(jù)處理、觸摸屏與控制鍵等于一體，采用圖形用戶界面（GUI）

3)高光譜分析軟件采用SAM算法及Savitzky-Golay濾波器技術(shù)，可創(chuàng)建類別或分級模型并建立App直接導(dǎo)入高光譜成像儀使用，建議同時(shí)選配ENVI軟件

4)取景器相機(jī)分辨率5Mpix，高光譜成像空間分辨率512x512（標(biāo)配），可選配1024x或其它分辨率高光譜成像分析

5)4.3”觸摸屏、13操作鍵（標(biāo)配）

6)光譜分辨率7nm（標(biāo)配），波段數(shù)204（標(biāo)配）

7)標(biāo)配視野31度，成像距離15cm至無窮遠(yuǎn)，1m距離成像視野55x55cm

8)具備默認(rèn)模式、自動(dòng)篩選模式、客戶定義APP模式及自動(dòng)時(shí)間間隔記錄模式

9)根系RGB顏色分析（專業(yè)版RGB掃描分析軟件）：根的長度、面積、體積、根尖計(jì)數(shù)、根系存活數(shù)量等研究（對根系或者根系附著菌種顏色進(jìn)行分類，如健康根、淺程度受害根、重程度受害根等，軟件可計(jì)算每種顏色根系的總長、總表面積、總體積、總根尖數(shù)量；每種顏色根系的平均長度、平均表面積、平均直徑等）

10)根系連接（link）分析（專業(yè)版RGB掃描分析軟件）：用于根系分支角度、連通性等形態(tài)研究（與拓?fù)浜桶l(fā)育分析大的區(qū)別是，link分析可以針對非完整根系！軟件給出的結(jié)果有分析對象的根系平均直徑、平均長度、平均表面積、每個(gè)分叉角度的平均值；分叉的總數(shù)量；每個(gè)分叉的長度、表面積、平均直徑、角度、級別等）

11)根系拓?fù)?/span>（Topology）分析（專業(yè)版RGB掃描分析軟件）：連接數(shù)量、路徑長度等研究（需要根系完整）（必須是要完整的根系掃描圖像。軟件可計(jì)算主根的長度、所有次級根的總長度、平均長度、平均直徑、平均表面積；每一級分叉的下級總分叉數(shù)量；每一級分叉的總數(shù)量等）

12)根系發(fā)育（Development）分析：記錄根系整體等級分布情況（可通過專業(yè)版分析軟件需要要完整的根系掃描圖像。軟件可計(jì)算每一個(gè)分級根系總長、總表面積，平均長度、平均直徑、平均表面積等）