Гиперспектральная визуализация объединяется с высокопроизводительным фенотипированием растений в решениях LemnaTec

Компания LemnaTec GmbH является пионером в фенотипировании растений с 1998 года, предлагая инновационное аппаратное и программное обеспечение для автоматизированного анализа растений. Их гибкие системы фенотипирования – от небольших лабораторных установок до полностью автоматизированных платформ – отвечают разнообразным потребностям в исследованиях, селекции и экологических приложениях. Интегрируя передовые камеры FX10 и FX17 от Specim в свою флагманскую систему PhenoAIxpert HT, а также в лабораторную систему фенотипирования HyperAIxpert, LemnaTec открывает новую эру высокопроизводительных исследований фенотипирования, позволяя исследователям получать точные, действенные сведения о здоровье растений, реакции на стресс и особенностях развития. Эта интеграция преобразует исследования сельскохозяйственных культур и ускоряет инновации в науке о растениях.

Удовлетворение потребности в более быстром, неинвазивном анализе растений

LemnaTec столкнулась с растущим спросом со стороны исследователей и разработчиков продуктов на всесторонний, неразрушающий анализ растений. Им необходимо было точно отслеживать физиологические изменения в сельскохозяйственных культурах – такие как стресс из-за засухи, жары или засоления – и связывать эти признаки с генотипами, линиями селекции или генетическими модификациями. Чтобы обеспечить современные исследования сельскохозяйственных культур и удовлетворить потребности крупномасштабных экспериментов с сотнями растений, сканируемых ежедневно, LemnaTec потребовалось решение, сочетающее в себе высокую скорость с исключительным спектральным разрешением.

Гиперспектральная визуализация Specim, интегрированная в платформы LemnaTec

Изображение 1 - LemnaTec HyperAIxpert с TrayProvider. Изображение предоставлено LemnaTec.

В системе PhenoAIxpert HT гиперспектральные камеры встроены в кабинеты визуализации. Установленные на сканирующем блоке, который перемещается как по горизонтали, так и по вертикали, эти камеры сканируют целые растения в горшках – высотой до двух метров – внутри автоматизированного кабинета. Конвейерная схема системы может хранить и обрабатывать около 1000 растений, захватывая сотни сканов высокого разрешения каждый день.

Гибкая лабораторная визуализация в HyperAIxpert

В HyperAIxpert роботизированная рука перемещает камеры на платформе для образцов, содержащей плоские образцы размером до 20 см, такие как молодые саженцы, травы или образцы в MTP-контейнерах и чашках Петри. Рука имеет систему обмена камерами, которая может прикреплять камеры, хранящиеся на задней стенке кабинета в парковочных позициях. Система может не только работать с гиперспектральными камерами Specim FX10 и FX17, но и с камерами видимого света, камерами хлорофилльной флуоресценции и лазерными сканерами. С несколькими образцами на поддоне и дополнительным TrayProvider система достигает существенной пропускной способности лабораторных образцов.

В рамках этого решения LemnaTec объединила гиперспектральные камеры Specim с другими технологиями визуализации и сканирования, включая видимый свет, мультиспектральную, лазерное сканирование, ИК- и ближнюю ИК-визуализацию, а также флуоресцентную визуализацию. Доктор Маркус Янсен, главный научный сотрудник LemnaTec GmbH, объясняет, что все собранные данные напрямую поступают в программный комплекс LemnaTec, который обеспечивает гибкие, графические конвейеры анализа без традиционного кодирования, что оптимизирует исследования фенотипирования растений.

Программный комплекс включает LemnaControl для управления камерами и другим оборудованием и LemnaExperiment для управления и анализа записанных изображений и сканов. Уникальной особенностью программного комплекса является LemnaGrid, графический интерфейс программирования, который позволяет пользователям выполнять программирование анализа изображений без классического написания кода.

Программный комплекс LemnaTec для анализа растений

Программный комплекс включает:

• LemnaControl – для управления камерами и другим оборудованием;
• LemnaExperiment – для управления и анализа записанных изображений и сканов;
• LemnaGrid – графический интерфейс программирования, позволяющий пользователям выполнять анализ изображений без написания традиционного кода.

Изображение 2 - Сенсорная головка с гиперспектральными камерами Specim, установленными в кабинете визуализации PhenoAIxpert HT. Изображение предоставлено LemnaTec.

LemnaTec выбрала гиперспектральные камеры Specim за их прочную, легко интегрируемую конструкцию и надежную производительность промышленного класса. Такие особенности, как прочные корпуса, гибкие варианты монтажа и соединения Gigabit Ethernet, обеспечили бесшовную интеграцию и захват данных в режиме реального времени. 

Ключевые преимущества

Благодаря решениям гиперспектральной визуализации Specim системы фенотипирования растений LemnaTec обеспечили:

• Всесторонние физиологические данные: Обнаружение пигментов, питания, зелености, маркеров стресса, болезней и водного статуса;
• Универсальные инструменты анализа: Исследователи могут использовать многочисленные индексы растительности для количественного анализа признаков и оценки стресса, поддерживая исследования климатически устойчивых культур;
• Высокопроизводительные возможности: Автоматизированное сканирование и сбор данных сотен растений в день, что значительно сокращает время анализа и позволяет проводить масштабные исследования фенотипирования.

Изображение 3 - Интеграция гиперспектральной визуализации, обнаружения цвета RGB и нейронных сетей на базе графического процессора NVIDIA для точной сортировки и статистического контроля качества.

Будущее неинвазивного фенотипирования растений

Заглядывая в будущее, LemnaTec ожидает, что неинвазивное фенотипирование будет играть все более важную роль в устойчивом сельском хозяйстве. Технология гиперспектральной визуализации Specim играет центральную роль в удовлетворении этих растущих потребностях, позволяя исследователям и разработчикам ускорить инновации в области климатической устойчивости и быстрее принимать решения на основе данных. 

Благодаря партнерству со Specim LemnaTec установила новый стандарт в фенотипировании растений: более быстрый и точный сбор данных, который позволяет исследователям ускорить селекцию, исследования реакции на стресс и исследования климатической устойчивости. Прочная и универсальная технология гиперспектральной визуализации Specim является важным элементом в этой миссии, гарантируя, что LemnaTec останется в авангарде инноваций в науке о растениях.