全文总字数：6920字
基于可见光相机旋转的植物表型采集平台设计
摘要：由于针对植物基因型的研究不断完善，国内外科研人员越来越意识到植物表型的重要性，通过获取植物的表型信息加以整理总结出有益于植物生长发展的科学规律来有效的处理植物与环境之间的关系。该文通过对比国内外在植物表型研究上用不同植物表型采集平台进行的实验方法和取得的成果，提出基于可见光相机旋转的植物表型采集平台能有效解决采集表型信息时的不稳定性和单一性的问题。
关键词：植物表型；重要性；可见光相机；采集平台
1.前言
植物表型组学是一门综合性非常强的研究学科，需要各行各业的研究人员共同合作，极大的促进了学科之间的交流，对不同学科的发展具有深远的意义。虽然现在已经进入信息化、智能化的时代，但是国内外至今没有合适的智能技术来高效完成性状检测到最终数据分析，这也成为当前针对植物表型组学的研究重点。植物表型信息的获取过程主要包括采集平台设计、监测技术、图像处理和数据分析，在信息获取后由植物学家进行整理总结出对植物生长有意的科学规律进而利用规律改善植物和环境之间的关系。而之于机械工作人员主要需要解决采集平台设计的问题，例如传统模式的平台设计中有固定传感器，让植物在传送带或旋转盘上运动，虽然能保证多角度获取表型信息，但也导致植物运动过程中产生抖动进而影响最终采集信息的准确性；也有固定植物和可见光相机，虽然能保证植物表型信息的准确性，但角度单一的采集方式不能够满足多层次数据分析，会产生大量的无用数据，针对这两种情况提出基于可见光相机旋转的植物表型采集平台设计方案既能满足采集表型信息的稳定性和准确性，又能满足可见光相机进行多角度监测。基于可见光相机旋转的植物表型采集平台拟利用机器视觉技术，多角度、自动化地获取苗木植株多角度图像信息，处理与分析后得到多组苗木的多视角图像，依据这些多视角的图像进一步提取苗木表型参数，有助于促进效率高、速度快，精度高的植物表型信息技术的发展。
2.国内外研究现状
2.1.植物表型组学发展简史
由于针对植物基因型研究的不断完善，大部分研究人员越来越重视植物的表型，在20世纪90年代开始将植物表型组学确定为一门研究学科，并在研究中逐渐总结了丰富的理论基础和研究方法。植物表型组学研究的发展之路实际上是高通量表型组学研究设施、表型采集技术、图像分析及数据关联分析3个方面的发展过程，由于不同国家的发展程度和技术水平存在差距，形成了各个国家的不同侧重点。2011年，澳大利亚植物表型研究所植物学家Robert Furbank 在总结分析当时表型技术的基础并且提出了表型研究瓶颈问题，包括多环境中对产量相关性状的多季重复测量、遥感技术在田间监测中的误差和关键表型的高通量分析等[1]。为解决这些问题，世界上很多顶尖科研团队和商业机构开发了一系列高通量、高精度表型工具，显著的促进了植物表型组学的发展进程。
植物表型组学不仅仅涉及植物学，还涉及机械领域，计算机领域等，在最近几年，由于计算机技术的高速发展，研究人员在图像处理和数据分析技术上得到了飞速的发展。在2017年，法国国家农业研究院作物生理生态学家 Francois Tardieu和诺丁汉大学植物学家Malcolm Bennett共同提出了多层次表型组研究的构想，指出在未来的植物表型研究中如何把通过传感器取得的图像和数据有效整合成有益于生物学发展的知识将成为该学科攻克的难题[2]，并在不断的研究和实际经验中总结出的研究策略如图1所示
