高光谱成像:植物根系表型分析的新方法

作者:谷丰光电 来源: 时间:2018-10-31 12:44:47 次数:

本文利用高光谱成像技术建立了植物根表型分析的基础,通过图像处理方法实现了高空间分辨率下植物根的自动分割,并探索了编码物理化学根区特性的光谱特征。

根系表型分析的目的是描述根系统的结构,因为它在资源获取中的功能作用。RGB成像和分析程序通过根和生长培养基或人工背景之间的颜色对比来测量根系统特征。如果植物生长在充满土壤的根箱中,其色彩对比度可能很差,那么可以假设基于光谱特征的根成像改善分割,并提供关于物理化学根特性的额外知识。

高光谱成像:植物根系表型分析的新方法

高光谱根成像系统测量装置

采用1000-1700nm范围的的光谱,222个窄带,0.1mm的空间分辨率对在填满土壤的根箱中生长的硬质小麦根系进行扫描。开发了一种数据处理流水线,用于自动根分割和光谱根特征分析。即使对于明亮的土壤背景,基于光谱和RGB的根分割在准确度上也没有显着差异。通过模糊聚类和多级阈值化,从对数线性化和渐近最小二乘校正后的图像中获得最佳的光谱分割。根轴显示中心区域和边界区域之间的主要光谱区别。通过水和结构碳吸收区域之间的差异光谱的指数函数捕获根衰变。

高光谱成像:植物根系表型分析的新方法

图像处理流水线方案

高光谱成像:植物根系表型分析的新方法

根据决策树模型分类的根光谱反射率的径向模式,从中心到边界以0.2mm的增量训练8个径向类别,整个根图像上的白框表示顶部和底部特写部分的位置

本文利用高光谱成像技术建立了植物根表型分析的基础,通过图像处理方法实现了高空间分辨率下植物根的自动分割,并探索了编码物理化学根区特性的光谱特征。

关键词:高光谱成像,图像处理,表型分析,根系分解

来源:Plant Methods.Hyperspectral imaging: a novel approach for plant root phenotyping.Gernot Bodner, Alireza Nakhforoosh, Thomas Arnold and Daniel Leitner.