高光譜成像概述... 1

ViaSpec™高光譜成像系統(tǒng)... 10

MacroPhor™ Lab高光譜熒光成像系統(tǒng)... 13

MacroPhor^TM Array陣列式高光譜成像系統(tǒng)... 17

MacroPhor™ Flatbed高光譜熒光成像平臺(tái)... 19

PlantSpec^TM10整株植物高光譜成像系統(tǒng)... 21

PlantSpec^TM100高通量高光譜表型成像系統(tǒng)

高光譜成像概述

高光譜成像描述

高光譜成像（HSI）或化學(xué)成像（CI）技術(shù)是光譜學(xué)和數(shù)字成像技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。光譜圖像包含許多光譜，樣品表面上的每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)光譜。該圖像包含樣品中各種材料的空間分布的有價(jià)值信息。本產(chǎn)品所涉及的內(nèi)容是紫外到長(zhǎng)波紅外范圍的高光譜成像。

不同的波長(zhǎng)范圍中，近紅外（NIR）光譜已被廣泛用于品質(zhì)監(jiān)控，分析固、液樣品時(shí)，無(wú)需處理或稀釋。近紅外（NIR）光譜儀可進(jìn)行快速測(cè)量，所需樣品量少或者無(wú)需樣品預(yù)處理，并且所得結(jié)果信噪比高。因此，將近紅外光譜從點(diǎn)測(cè)量擴(kuò)展到對(duì)包含數(shù)百萬(wàn)個(gè)點(diǎn)的光譜圖像的測(cè)量，對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程中檢測(cè)樣品組成是十分有用的。獲取近紅外（NIR）組成圖像的過(guò)程稱(chēng)為化學(xué)成像。本產(chǎn)品中的高光譜相機(jī)涉及的近紅外范圍是1000-1700 nm，短波紅外（SWIR）則是1000- 2500 nm。普通光譜學(xué)中，近紅外范圍通常是1000-2500 nm。

為了進(jìn)一步區(qū)分高光譜相機(jī)和常規(guī)光譜學(xué)相機(jī)的定義，可見(jiàn)光相機(jī)制造商將近紅外作為硅基相機(jī)波長(zhǎng)范圍的擴(kuò)展，即從可見(jiàn)光范圍到1000nm，通常被稱(chēng)為可見(jiàn)近紅外（VNIR）。基于所測(cè)量的光譜帶和波長(zhǎng)數(shù)量，測(cè)量多個(gè)波長(zhǎng)范圍時(shí)所得圖像為多光譜圖像，測(cè)量完整波長(zhǎng)范圍時(shí)所得圖像為高光譜圖像，即對(duì)空間中的每一個(gè)點(diǎn)都進(jìn)行全光譜測(cè)量。例如，典型數(shù)碼相機(jī)所拍攝的RGB圖像是一種多光譜圖像，即使用三種特定波長(zhǎng)的光（紅、綠、藍(lán)）在可見(jiàn)光范圍內(nèi)生成圖像。圖1比較了單色相機(jī)（黑白圖像），RGB相機(jī)，多光譜和高光譜相機(jī)獲得的光學(xué)信息。

圖1. 不同成像模式表明了高光譜成像的優(yōu)勢(shì)

高光譜成像相機(jī)

米德?tīng)栴D公司(MSV)專(zhuān)門(mén)從事高光譜成像的應(yīng)用，即通過(guò)高光譜相機(jī)在樣品的每個(gè)空間點(diǎn)測(cè)量完整光譜。高光譜相機(jī)是成像光譜儀與單色矩陣組傳感器（相機(jī)）的集成。圖2為推掃式高光譜相機(jī)的基本構(gòu)造。

圖2.高光譜相機(jī)示意圖，推掃式高光譜相機(jī)的基本構(gòu)造

特殊的透鏡將樣品成像到透射光譜儀的狹縫上。光譜儀在焦平面陣列檢測(cè)器生成光譜，保留狹縫上各個(gè)點(diǎn)的位置，也就保留了樣品上某條線上的點(diǎn)。隨著對(duì)樣品進(jìn)行不斷的線式測(cè)量，一個(gè)完整的高光譜數(shù)據(jù)集也就逐步形成。這些來(lái)自高光譜相機(jī)的數(shù)據(jù)稱(chēng)為“超立方體"（如圖3所示），包含了兩個(gè)空間維度和一個(gè)光譜維度的信息。通常用高反射率的白色參比面板和殘差背景信號(hào)的相似超立方測(cè)量值來(lái)處理超立方體，殘差背景信號(hào)是當(dāng)沒(méi)有光照射到焦平面陣列上時(shí)測(cè)量得到的。所得的矯正光譜在透射率，反射率或吸收率方面與傳統(tǒng)光譜測(cè)量值相似。對(duì)結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步處理，縮放，平滑和最終壓縮，可生成用于測(cè)量的信息，例如成分，顏色坐標(biāo)或厚度。高光譜圖像（HSI）與常規(guī)單點(diǎn)光譜法之間的顯著差異之一是所生成的大量數(shù)據(jù)。專(zhuān)門(mén)的處理軟件和硬件對(duì)于同步數(shù)據(jù)流和提供壓縮和處理后的數(shù)據(jù)是必需的，例如查明污染物，確認(rèn)生產(chǎn)過(guò)程中的缺陷，生成成分圖和其他具技術(shù)意義的信息。

圖3. 超立方體示意圖

高光譜相機(jī)的光譜學(xué)意義

高光譜相機(jī)的運(yùn)行與等效的離線近紅外或紫外可見(jiàn)光譜設(shè)備類(lèi)似，不同之處在于空間中的每個(gè)點(diǎn)都有自己的測(cè)量值。當(dāng)比較相機(jī)和光譜儀的相對(duì)性能時(shí)，必須對(duì)波長(zhǎng)校準(zhǔn)，光度線性度和信噪比進(jìn)行評(píng)估。對(duì)于有特殊要求的應(yīng)用，必需對(duì)每個(gè)波長(zhǎng)元素的空間分辨率和可用光能進(jìn)行優(yōu)化。

圖4.安裝在Via-Spec™II掃描儀上的MSV 500光譜相機(jī)

在實(shí)際應(yīng)用的高光譜系統(tǒng)中，有兩種用于收集相同或相似光譜信息的基本方法。凝視陣列系統(tǒng)同時(shí)對(duì)整個(gè)樣品進(jìn)行成像，并且一般通過(guò)可調(diào)濾光器逐步改變測(cè)量光譜的波長(zhǎng)，一次掃描使用一種波長(zhǎng)。形成鮮明相比的是，推掃式相機(jī)收集一條空間線上每個(gè)點(diǎn)的完整光譜。一次掃描被測(cè)對(duì)象范圍內(nèi)的一條線。要對(duì)整個(gè)樣品成像，樣品或照相機(jī)必須移動(dòng)。通過(guò)編譯每條線上的光學(xué)數(shù)據(jù)來(lái)收集超立方體。這與凝視陣列測(cè)量法不同，凝視陣列系統(tǒng)需要相機(jī)和樣品保持靜止。

每種測(cè)量技術(shù)對(duì)于某一特定應(yīng)用都有其優(yōu)勢(shì)。由于凝視陣列系統(tǒng)濾鏡調(diào)整導(dǎo)致的測(cè)量延遲，與之相比推掃式相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)效率更高，推掃式相機(jī)配備的透射或反射光柵，可根據(jù)波長(zhǎng)分配光。透射光柵具有高通量，低失真，不產(chǎn)生偏振偽像等優(yōu)點(diǎn)。因此推掃式相機(jī)的應(yīng)用更為廣泛（Hyvarinen，2008年）。推掃式成像更適合于監(jiān)測(cè)工業(yè)過(guò)程，因?yàn)楸槐O(jiān)測(cè)材料通常以恒定速度移動(dòng)。在機(jī)載應(yīng)用中，飛機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地表的連續(xù)掃描，因此推掃式相機(jī)也可以有效地用于該領(lǐng)域。當(dāng)不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)在不同時(shí)間被測(cè)量時(shí)，超立方體中的數(shù)據(jù)與同一采樣點(diǎn)不相關(guān)，因此只有當(dāng)樣本可以被認(rèn)為是靜止的時(shí)候，凝視陣列HSI相機(jī)才能被使用。使用凝視陣列成像測(cè)量樣品時(shí)，在測(cè)量過(guò)程中，光源必須照亮整個(gè)樣品。與此相對(duì)的是，由于推掃式成像一次只能檢測(cè)一條線，因此可以使用線照明，以至于在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中整個(gè)樣品不會(huì)受到來(lái)自照明的直接加熱。在測(cè)量過(guò)程中，線照明只在樣品上停留幾分之一秒。

高光譜成像可應(yīng)用于不同的樣本量，從掃描一英里寬的農(nóng)田到檢測(cè)微觀細(xì)胞器。對(duì)于不同的放大倍率，可以通過(guò)更換系統(tǒng)中相機(jī)的前置光學(xué)系統(tǒng)來(lái)使用相同的相機(jī)。MSV提供用于高光譜應(yīng)用的各種相機(jī)和集成系統(tǒng)。

高光譜成像在植物與農(nóng)業(yè)科學(xué)中的應(yīng)用

植物科學(xué)

植物在可見(jiàn)近紅外（VNIR 400-1000nm），近紅外（NIR 900-1700nm）和短波紅外（SWIR 1000-2500nm）光譜區(qū)域具有明顯特征，并顯示出強(qiáng)大而復(fù)雜的熒光特征。各種高光譜模式可以檢測(cè)和測(cè)量化學(xué)處理、感染和其他脅迫對(duì)植物生理的基本影響，這在擬南芥、大豆或玉米等標(biāo)準(zhǔn)模式植物上經(jīng)常得到證明。

農(nóng)業(yè)研究

農(nóng)業(yè)研究的許多階段都要得益于非破壞性光學(xué)測(cè)量。植物表型鑒定是對(duì)有利性狀的單個(gè)植物或植物群的鑒定過(guò)程。高光譜成像可在植物改良研究的幾乎所有階段（從單個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量到溫室研究再到田間研究）進(jìn)行高通量監(jiān)測(cè)和測(cè)量。

高光譜成像技術(shù)的使用

高光譜成像是廣泛使用的對(duì)不同環(huán)境下植物研究的現(xiàn)代工具之一：

可以使用高光譜熒光或高光譜透射和反射光學(xué)裝置在微觀尺度上探索植物和植物部位，以研究植物生理學(xué)和植物病理學(xué)。米德?tīng)栴D公司（MSV）的MacroPhor™高光譜熒光成像系統(tǒng)結(jié)合了高光譜和熒光成像技術(shù)，成為植物研究的強(qiáng)大工具。可以在溫室環(huán)境中使用VNIR，NIR或SWIR高光譜探頭對(duì)整株植物進(jìn)行不同生長(zhǎng)條件，不同處理，表型分析和其他實(shí)驗(yàn)，并使用寬帶照明定期掃描植物。可以在植物的生長(zhǎng)周期內(nèi)，在控制良好的環(huán)境條件下，從不同方向進(jìn)行這些試驗(yàn)。米德?tīng)栴D公司（MSV）擁有多種的軟、硬件組件，用于對(duì)各種大小的植物進(jìn)行成像，也擁有為植物單側(cè)成像或者俯視成像而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的軟、硬組件。

現(xiàn)已在實(shí)際室外生長(zhǎng)條件下，在植物的整個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)，研究人員使用VNIR，NIR和其他相機(jī)對(duì)不同植物進(jìn)行研究。對(duì)于田間作物，高光譜測(cè)量可以通過(guò)將相機(jī)安裝于固定結(jié)構(gòu)或者車(chē)輛上或塔上實(shí)現(xiàn)。米德?tīng)栴D公司（MSV）的InSight-Field™系統(tǒng)具備的方法和設(shè)備，可以俯視角度長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)農(nóng)作物，并根據(jù)環(huán)境參數(shù)或比較不同地塊來(lái)分析整個(gè)數(shù)據(jù)集。

KemoQuant™是一款的光譜化學(xué)組分計(jì)量軟件，利用Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的快速算法。根據(jù)許可協(xié)議，MSV可以在各個(gè)級(jí)別使用此軟件包進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室，溫室和野外測(cè)量分析。

實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用-包括高光譜熒光成像

高光譜成像可用于發(fā)現(xiàn)或測(cè)量植物和植物材料中的許多不同現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)室中的許多植物生物學(xué)實(shí)驗(yàn)都依賴(lài)于各種成像技術(shù)來(lái)跟蹤小型或新生植物的生長(zhǎng)或在高度受控的環(huán)境中研究植物材料的小樣本。米德?tīng)栴D公司（MSV）將熒光成像和高光譜成像的強(qiáng)大功能帶到了研究實(shí)驗(yàn)室，以幫助科學(xué)家在植物研究過(guò)程中有新的發(fā)現(xiàn)。

熒光成像是研究植物材料或其他有機(jī)熒光樣品的重要工具。對(duì)植物來(lái)說(shuō)，它可以很容易地激發(fā)和檢測(cè)植物內(nèi)部的光合色素。米德?tīng)栴D公司（MSV）開(kāi)發(fā)了一種高光譜熒光成像系統(tǒng)，稱(chēng)為MacroPhor™。該儀器用于植物或與植物相關(guān)的物質(zhì)、酵母菌落和其他有機(jī)標(biāo)本等熒光樣品的大尺度成像。

圖像采集開(kāi)始于使用沿x軸方向移動(dòng)的激光線光源照亮被測(cè)樣品。由激光線光源激發(fā)的熒光發(fā)射以180度幾何形狀被收集，并定向傳導(dǎo)至高靈敏度的熒光光譜相機(jī)。因此，發(fā)送到光譜相機(jī)的所收集的熒光線會(huì)提供有關(guān)線上每個(gè)空間點(diǎn)的光譜多樣性信息。光譜相機(jī)在采集過(guò)程中采集連續(xù)的圖像線，以建立樣品的完整圖像。這是通過(guò)推掃方式在y方向平移樣品來(lái)完成的。

高光譜熒光成像系統(tǒng)使用單波長(zhǎng)激光激發(fā)樣品。激光波長(zhǎng)選項(xiàng)包括405，488，532或640nm。

專(zhuān)門(mén)的成像系統(tǒng)

米德?tīng)栴D公司（MSV）設(shè)計(jì)和構(gòu)建了多種具有成像功能的臺(tái)式系統(tǒng)。

高光譜成像系統(tǒng)結(jié)合了相機(jī)，光譜儀，鏡頭和照明等設(shè)備，以捕獲可見(jiàn)近紅外（VNIR 400-1000 nm），近紅外（NIR 950-1700 nm）和短波紅外（SWIR 1000-2500 nm）區(qū)域的光譜信息。根據(jù)研究目標(biāo)選擇組件，以便能夠觀察和測(cè)量植物材料中特定的化學(xué)過(guò)程或結(jié)構(gòu)。米德?tīng)栴D公司的實(shí)驗(yàn)室推掃式成像系統(tǒng)將光學(xué)組件與數(shù)據(jù)收集軟件和機(jī)械化的樣品處理集成在一起，以?xún)?yōu)化數(shù)據(jù)捕獲過(guò)程的有效性。

l  MacroPhor™系統(tǒng)是專(zhuān)為植物研究需求而設(shè)計(jì)的可提供熒光和可見(jiàn)近紅外（VNIR）反射成像的單一平臺(tái)。

l  Via-Spec測(cè)量平臺(tái)可以通過(guò)配置不同的相機(jī)來(lái)捕捉不同光譜區(qū)域的光譜信息。 這些系統(tǒng)具有多個(gè)照明選項(xiàng)，并提供反射和透射平臺(tái)配置。

KemoQuant™分析軟件

米德?tīng)栴D公司提供分析光譜數(shù)據(jù)的專(zhuān)業(yè)分析軟件，強(qiáng)大的KemoQuant™軟件實(shí)現(xiàn)了多元曲線分辨，可發(fā)現(xiàn)整個(gè)波長(zhǎng)范圍的的光譜成分。

KemoQuant™分析軟件包含一整套用于分析高光譜數(shù)據(jù)集的工具。該軟件通過(guò)多元曲線分辨、經(jīng)典最小二乘和主成分分析等高性能算法來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。用戶(hù)可以使用一系列易于使用的工具對(duì)高光譜圖像進(jìn)行處理，例如平均小像素區(qū)域的區(qū)域選擇，在平均圖像和RGB視圖之間切換以及放大/縮小工具的能力。

軟件運(yùn)行環(huán)境：

1.         操作系統(tǒng)：Win7或Win10；

2.         英特爾i5或i7處理器Gen 6或更高版本；

3.         4G內(nèi)存；

4.         用于操作系統(tǒng)的128G或更大的固態(tài)硬盤(pán)；

5.         用于每個(gè)傳感器收集數(shù)據(jù)的256G或更大的固態(tài)硬盤(pán)；

6.         支持OpenGL 2.0或更高版本的顯卡；

7.         用于處理大文件的64位操作系統(tǒng)；

8.         屏幕分辨率：1024×800；

多元曲線分辨分析方法相關(guān)文獻(xiàn)

1.         Pedroso, M. C.; Sinclair, M. B.; Jones, H. D. T.; Haaland, D. M., Hyperspectral Confocal Fluorescence Microscope: A New Look into the Cell. Microscopy Today 2010, 18, (05), 14-18.

2.         Howlａnd D. T. Jones, David M. Haaland, Michael B. Sinclair, David K. Melgaard, Mark H. Van Benthem, and M. Cristina Pedroso, “Weighting hyperspectral image data for improved m*riate curve resolution results," Journal of Chemometrics, 2008; 22: 482-490.

高光譜成像技術(shù)在農(nóng)田作物表型分析中的應(yīng)用

高光譜成像與光譜數(shù)據(jù)一起產(chǎn)生高分辨率的空間信息，從而能夠?qū)?shí)驗(yàn)作物進(jìn)行精確監(jiān)測(cè)，能夠?qū)⑷庋?/span>(或普通相機(jī))看不到的東西可視化：植物對(duì)疾病，蟲(chóng)害，干旱等脅迫的早期響應(yīng)，有助于識(shí)別抗性表型或基因型，或在收獲前提前預(yù)測(cè)產(chǎn)量。

為了更好地了解試驗(yàn)地的相關(guān)過(guò)程，可以使用一些列傳感器來(lái)收集補(bǔ)充性數(shù)據(jù)，例如天氣，土壤濕度或冠層的熱輻射。 

溫室高通量植物表型實(shí)驗(yàn)

表型分析是一個(gè)選擇過(guò)程，由于各組之間的差異很小，因此需要重復(fù)和準(zhǔn)確的測(cè)量。對(duì)于植物來(lái)說(shuō)，葉子的形狀、大小和方向的差異是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。解決方案是在大型設(shè)施中使用大量植物。對(duì)于可用的較小溫室面積，用戶(hù)需要一種經(jīng)濟(jì)有效的小型系統(tǒng)，以便在封閉的系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行專(zhuān)用實(shí)驗(yàn)，以監(jiān)控植物的生長(zhǎng)以及化學(xué)和脅迫處理的效果。該系統(tǒng)允許引入和測(cè)量大量植物，而不會(huì)干擾正在進(jìn)行的長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)。

MSV公司開(kāi)發(fā)了充分利用溫室空間的專(zhuān)用移動(dòng)系統(tǒng)，包括高質(zhì)量的封閉式高光譜掃描系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有非常可靠的樣本演示，并通過(guò)雙動(dòng)態(tài)范圍高的可見(jiàn)近紅外（VNIR）高光譜攝像機(jī)與封閉的工作間相連實(shí)現(xiàn)重復(fù)的圖像采集。該系統(tǒng)為全自動(dòng)的，可在傳送系統(tǒng)中放置100棵植物。因?yàn)橹参镆恢痹诰徛苿?dòng)并在計(jì)算機(jī)和傳送系統(tǒng)PLC的控制下進(jìn)行掃描，該系統(tǒng)可確保植物在整個(gè)生長(zhǎng)試驗(yàn)中具有相同的熱量，光照和澆水條件。通過(guò)與輸送機(jī)系統(tǒng)提供商合作，該系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為靈活，可編程的，可以在幾天或幾周內(nèi)自動(dòng)運(yùn)行，包括一個(gè)計(jì)算機(jī)控制的澆水站和一個(gè)用于光譜測(cè)量的設(shè)備旋轉(zhuǎn)站。對(duì)于其他非自動(dòng)測(cè)量，系統(tǒng)允許手動(dòng)放置樣品，同時(shí)保持正在進(jìn)行的長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)。

田間植物表型實(shí)驗(yàn)

該測(cè)量系統(tǒng)必須具有自主功能，配備的集成電源需維持系統(tǒng)獨(dú)立工作24小時(shí)。掃描應(yīng)在400-1700 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行。該系統(tǒng)必須能針對(duì)不同的植物行網(wǎng)格和高度進(jìn)行調(diào)整，并且需要配備高分辨率的RGB相機(jī)對(duì)植物進(jìn)行3D渲染。

米德?tīng)栴D公司（MSV）設(shè)計(jì)的推車(chē)可滿(mǎn)足6英尺掃描范圍和同時(shí)并行掃描的雙攝像機(jī)大范圍的可調(diào)性要求。高光譜相機(jī)覆蓋了可見(jiàn)近紅外（VNIR）和近紅外（NIR）光譜范圍（400-1700nm），并具有匹配的40度視野。該推車(chē)具有大型輪，可在各種潮濕和干燥的野外條件下使用，并配有發(fā)電機(jī)，可為24小時(shí)以上的掃描提供動(dòng)力。必要時(shí)或在室內(nèi)或夜間掃描時(shí)，可提供額外的1200W鹵素?zé)粽彰饕栽鰪?qiáng)環(huán)境光。 內(nèi)置的不間斷電池電源可確保可以在不影響計(jì)算機(jī)，軟件或系統(tǒng)的情況下重啟發(fā)電機(jī)。帶有側(cè)簾的矩形雨傘可防止在被掃描的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)刺眼的陰影和光照差異。

ViaSpec™高光譜成像系統(tǒng)

ViaSpec™ 是米德?tīng)栴D公司（MSV）生產(chǎn)的一款靈活易用的實(shí)驗(yàn)室高光譜測(cè)量平臺(tái)。該系統(tǒng)為捕獲高光譜圖像提供了靈活的成像、放大和照明選項(xiàng)。系統(tǒng)帶有透射照明光源，用于測(cè)量薄膜和其它半透明材料。對(duì)許多樣品進(jìn)行光學(xué)分析時(shí)透射配置效果好于反射配置。這些樣品可能包括：用于生物制藥中的條帶或貼劑，用于醫(yī)學(xué)研究的組織切片或者人工組織樣品（處理或未處理的）。另外，可以在透射光源下對(duì)近紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi)的任何半透明薄膜材料進(jìn)行采樣。

主要特點(diǎn)

l  相機(jī)配置

ViaSpec™ 高光譜成像系統(tǒng)能夠搭配任何米德?tīng)栴D公司提供的光譜相機(jī)。波長(zhǎng)范圍取決于選擇的傳感器，在400-2500nm之間變化。可使用快速安裝支架將光譜相機(jī)裝在ViaSpec™框架上。標(biāo)準(zhǔn)配置的手動(dòng)Z軸調(diào)節(jié)用于對(duì)焦。

l  平臺(tái)和框架

ViaSpec™ 高光譜成像系統(tǒng)具有用于透射的玻璃平臺(tái)。 作為玻璃平臺(tái)的替代方案，還提供一個(gè)水平的反射平臺(tái)，客戶(hù)（或者M(jìn)SV按要求）可以根據(jù)不同樣品的大小和形狀進(jìn)行調(diào)整，例如種子、藥片等。不同的相機(jī)和光譜儀可以通過(guò)對(duì)應(yīng)的適配器板安裝到ViaSpec™上。定制適配器板也可以設(shè)計(jì)，以適應(yīng)其他相機(jī)的安裝。

l  光照設(shè)置

鹵素光源是所有ViaSpec™ 高光譜成像系統(tǒng)的標(biāo)配。鹵素光源可選擇切換為光纖線光源(需要外部光源)。除了標(biāo)配的透射光源，ViaSpec™還配備了兩個(gè)反射光源，以進(jìn)行反射光譜測(cè)量，但此選項(xiàng)必須在訂購(gòu)時(shí)。有兩種類(lèi)型的反射光源可選：鹵素線光源和直接照明，波長(zhǎng)范圍在400-2500nm之間。它包含四個(gè)用于反射測(cè)量的20W燈泡，相同的配置也應(yīng)用于透射光源。有兩個(gè)光源安裝在一個(gè)共同的定位臂上，用于均勻的雙面樣品照明。

玻璃光纖線光源（見(jiàn)下圖），提供單或雙配置，覆蓋波長(zhǎng)范圍400-1700 nm(不含鏡頭)。對(duì)于更高的水平，更聚焦的光，一個(gè)透明的塑料圓柱形透鏡是可用的。這種透鏡將波長(zhǎng)范圍限制在400-1000納米。單線燈和雙線燈都是6英寸長(zhǎng)，可以安裝在一個(gè)或兩個(gè)反射照明位置(可與鹵素?zé)艋Q)。

兩種反射率照明方案都有垂直高度調(diào)整和角度調(diào)整，以調(diào)整不同樣本的照明均勻性。適配器板也可以被設(shè)計(jì)來(lái)適應(yīng)其他相機(jī)的安裝。

主要參數(shù)

1.樣品托盤(pán)長(zhǎng)度：13.5英寸（34.29厘米）；

2.樣品托盤(pán)寬度：6英寸（15.24厘米）；

3.移動(dòng)距離：12英寸（30.48厘米）；

4.相機(jī)高度調(diào)節(jié)：8英寸（20.32厘米）；

5.尺寸：32英寸×20英寸×23英寸（81.28厘米×50.8厘米×58.42厘米）；

6.質(zhì)量：60磅（27.2千克）；

7.Via-Spec（MRC-920-043）近紅外可見(jiàn)光系統(tǒng)包括 ：

?  Via-Spec平臺(tái)整體和透射框架；

?  反射光源 (選擇以下之一)：鹵素?zé)簦饫w線燈/鹵素光源；

?  標(biāo)準(zhǔn)反射平臺(tái)模塊；

?  基于MSV 500 sCMOS的近紅外可見(jiàn)光光譜像機(jī)（MRC-922-001），適用400-1000 nm；

?  一副增強(qiáng)型前置光學(xué)透鏡(根據(jù)訂購(gòu)時(shí)的要求制定)。

8.Via-Spec短波紅外系統(tǒng)(MRC-920-042)包括：

?  Via-Spec平臺(tái)整體和透射框架；

?  鹵素線光反射照明；

?  標(biāo)準(zhǔn)反射平臺(tái)模塊；

?  基于Specim SWIR MCT的短波紅外像機(jī)（MRC-303-005-02），1000-2500 nm；

?  一副增強(qiáng)型前置光學(xué)透鏡(根據(jù)訂購(gòu)時(shí)的要求制定)。

應(yīng)用領(lǐng)域

植物科學(xué)與農(nóng)業(yè)，地質(zhì)，制藥，食品和實(shí)驗(yàn)室等。

應(yīng)用案例

案例1 這個(gè)例子是一個(gè)涂了藥物的薄條帶，這個(gè)薄條帶貼在舌頭上后會(huì)分解。將幾個(gè)條帶重疊，以顯示在透射配置下穿過(guò)樣品的光量差異。可在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)藥條進(jìn)行測(cè)量，以檢查其藥物的均勻性和成分的濃度。

案例2 生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用：本系統(tǒng)可以檢查許多不同類(lèi)型的組織。下圖是人類(lèi)軟骨組織樣品。在1000-2500 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，對(duì)已處理的樣品和未處理的樣品進(jìn)行透射測(cè)量。使用EvinceTM高光譜圖像分析軟件對(duì)超立方體進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)樣品之間存在明顯差異。

產(chǎn)地與廠家：美國(guó) MSV

MacroPhor™ Lab高光譜熒光成像系統(tǒng)

MacroPhor™ Lab高光譜熒光成像系統(tǒng)是針對(duì)樣品過(guò)大而無(wú)法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡分析的情況而優(yōu)化設(shè)計(jì)的。該系統(tǒng)采用的高光譜熒光相機(jī)來(lái)獲取圖像。所得的高光譜熒光圖像包含樣品的空間和光譜信息。用戶(hù)可以通過(guò)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行純組分識(shí)別，并為進(jìn)一步的組分分類(lèi)方法提供依據(jù)。MacroPhor™ Lab高光譜熒光成像系統(tǒng)可應(yīng)用于植物科學(xué)，農(nóng)學(xué)，制藥業(yè)，生命科學(xué)等領(lǐng)域。

主要特點(diǎn)

• 高光譜成像的強(qiáng)大功能

MacroPhor™ Lab通過(guò)高光譜成像技術(shù)可得到令人驚嘆的圖像，其中包含每個(gè)像素的光譜信息。用戶(hù)可以通過(guò)圖片來(lái)研究不同光譜特征，或者使用三種化學(xué)計(jì)量學(xué)方法來(lái)提取純組分。

• 在更寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)采集光譜信息

與基于濾光片的熒光系統(tǒng)相比，MacroPhor™ Lab的主要優(yōu)勢(shì)在于能夠在更寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)采集光譜信息。MacroPhor™ Lab熒光圖像的每個(gè)像素都包含400至800nm的光譜信息。這使用戶(hù)能夠查看在基于濾光片的系統(tǒng)中無(wú)法查看的光譜特征。MacroPhor™ Lab是能夠區(qū)分多種熒光體的出色工具。

主要參數(shù)

1.由軟件控制的X-Y樣品平臺(tái)；

2.由軟件控制的用于對(duì)焦的Z軸控制模塊；

3.照明——帶有可更換底座的激發(fā)式激光器（405nm, 488nm, 532nm 或 640nm波長(zhǎng)可選）。

視場(chǎng)（FOV）選項(xiàng)

4.具有50mm空間線（spatial line），179mm工作距離的鏡頭；

5.具有100mm空間線的廣角鏡頭；

6.具高靈敏度的熒光高光譜相機(jī)；

7.高達(dá)2000點(diǎn)的空間分辨率；

8.多達(dá)1000個(gè)光譜通道；

9.光學(xué)分辨率7.5nm（默認(rèn)）；

10.macroPhor™圖像采集與控制軟件；

11.KemoQuant™分析軟件套裝；

應(yīng)用案例

關(guān)于種子質(zhì)量的信息可以通過(guò)特定基因型的種子萌發(fā)過(guò)程的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)確定。例如，種子發(fā)芽率和種子發(fā)芽所需時(shí)間是重要的數(shù)據(jù)。研究人員還想了解生長(zhǎng)因素，如濕度、溫度和光照對(duì)發(fā)芽過(guò)程的影響。對(duì)于試圖提高作物產(chǎn)量的植物生理學(xué)家來(lái)說(shuō)，提高種子萌發(fā)能力的技術(shù)是非常重要的。一旦種子開(kāi)始發(fā)芽，熒光高光譜成像的技術(shù)可在生理特征顯現(xiàn)之前，更早和更可靠地測(cè)量種子萌發(fā)的跡象。

試驗(yàn)通過(guò)MacroPhor™ Lab熒光高光譜成像系統(tǒng)來(lái)研究玉米種子四天內(nèi)的發(fā)芽過(guò)程。研究過(guò)程中使用多元曲線分辨(MCR)對(duì)收集的高光譜圖像進(jìn)行分析，以揭示的熒光特征及分布、熒光出現(xiàn)的時(shí)間，并量化這些特征的相對(duì)強(qiáng)度。分析結(jié)果可以被提取和應(yīng)用于研究發(fā)芽過(guò)程。

熒光成像是研究植物材料的一種有價(jià)值的工具，因?yàn)樗梢院苋菀椎丶せ詈蜋z測(cè)植物內(nèi)部的光合色素。MacroPhor™ Lab高光譜成像系統(tǒng)是為植物或植物相關(guān)材料的大尺度掃描而設(shè)計(jì)的。在相機(jī)前方安裝紅色熒光發(fā)射濾波器，可以減少并去除非葉綠素波長(zhǎng)區(qū)域（λ<650nm）的熒光發(fā)射，因此在有/無(wú)熒光發(fā)射濾波器的情況下分別收集圖像數(shù)據(jù)（如圖1所示）。

圖1.光譜照相機(jī)前安裝或不安裝紅色濾波器情況下同一像素的平均光譜。兩種情況下，陷波濾波器濾除510nm以下的光來(lái)防止激光照射傳感器

試驗(yàn)用6種不同基因型的種子，其中3種已知萌發(fā)速度較快(Fn)， 3種已知萌發(fā)速度較慢(Sn)。

不使用紅色熒光發(fā)射濾波器情況下，高光譜玉米種子圖像的MCR分析結(jié)果提取了4個(gè)主要的熒光發(fā)射光譜特征（圖2）。 個(gè)是葉綠素a的特征，其他三個(gè)特征與種子其他部分（例如胚乳，胚芽，種皮）發(fā)出的熒光物質(zhì)有關(guān)。

圖2.不使用熒光發(fā)射濾光片情況下所提取的光譜特征

雖然很難將因子2-4分配到種子的特定區(qū)域，但有些因子在種子的某些區(qū)域比其他區(qū)域多。例如，因子2出現(xiàn)在和胚根中。因子3在玉米種子胚乳中表現(xiàn)得更強(qiáng)烈。因子4在整個(gè)種子中都存在，但有時(shí)在胚芽中更集中。

圖3顯示了種子單個(gè)像素上每個(gè)光譜特征的相對(duì)強(qiáng)度百分比圖像。由于葉綠素的高熒光發(fā)射強(qiáng)度，部分圖像像素飽和，特別是在萌發(fā)76小時(shí)后。這些像素被從分析結(jié)果中移除，這就是圖像中一些最亮的葉綠素區(qū)域中強(qiáng)度百分比顯示為零的原因。這些像素以99%的色彩進(jìn)行回填，以創(chuàng)建出偽彩色圖像。值得注意的是52小時(shí)后，幾乎所有快速發(fā)芽的種子中都可見(jiàn)到葉綠素。76小時(shí)后，只在一顆緩慢發(fā)芽的種子(S3組中的一顆種子)中發(fā)現(xiàn)少量葉綠素。

圖3.頂部圖片顯示的是發(fā)芽過(guò)程中的種子圖像，以下不同因子下對(duì)應(yīng)每種基因型種子的百分強(qiáng)度圖像。組圖像為偽彩色圖像，紅色代表葉綠素a，黃色代表因子6，藍(lán)色代表因子4

使用紅色熒光發(fā)射濾波器情況下，對(duì)高光譜玉米種子圖像進(jìn)行MCR分析，提取了2個(gè)主要的熒光發(fā)射光譜特征（如圖4所示）。

圖4. 使用熒光發(fā)射濾光片情況下所提取的光譜特征

圖5.上半部分為種子的圖像，下半部分為偽彩色圖像。紅色代表葉綠素a，黃色為因子2

圖5中的偽彩色圖像(葉綠素圖像像素為紅色，MCR因子2圖像像素為黃色)是由這兩個(gè)因子的強(qiáng)度百分比圖像組合生成的。對(duì)于某些種子， 如F1種子2號(hào)在52小時(shí)，F3種子2號(hào)在52和76小時(shí)，S3種子2號(hào)在76小時(shí)，可見(jiàn)的發(fā)芽跡象出現(xiàn)之前，就可以觀測(cè)到葉綠素。

利用高光譜成像技術(shù)可以研究不同基因型的種子以及影響種子萌發(fā)過(guò)程的因素。我們能夠識(shí)別出在這些玉米種子中發(fā)現(xiàn)的四種的熒光特征，這些光譜特征集中出現(xiàn)在種子的特定區(qū)域，可以讓我們更全面地理解不同基因型玉米種子的萌發(fā)過(guò)程。

產(chǎn)地與廠家：美國(guó) MSV

MacroPhor^TM Array陣列式高光譜成像系統(tǒng)

MacroPhor^TM Array是專(zhuān)為大樣本測(cè)量和大數(shù)據(jù)輸出而設(shè)計(jì)的一款高性能的陣列式高光譜成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)針對(duì)宏觀成像進(jìn)行了優(yōu)化，具備整合多種成像模式（相機(jī)）和自動(dòng)一次進(jìn)行21個(gè)樣本拍攝的能力。直觀的軟件界面提供3單位×7單位的樣本陣列（整個(gè)托盤(pán)大小為746.25px×1730.5px）。用戶(hù)可以選擇不同采樣位置的組合，以獲得需要的數(shù)據(jù)。此外，用戶(hù)還可以通過(guò)軟件選擇一個(gè)或兩個(gè)相機(jī)用于圖像的獲取。獲取帶有多種高光譜成像模式的數(shù)據(jù)的能力可以提供樣品的互補(bǔ)性和獨(dú)立性信息。例如，在植物科學(xué)領(lǐng)域，光合色素的信息可以通過(guò)熒光成像來(lái)獲取，植物體內(nèi)水分分布可以通過(guò)近紅外成像來(lái)獲得。這種互補(bǔ)性信息對(duì)于植物表型研究是重要的。

主要特點(diǎn)

• 高光譜成像的強(qiáng)大功能

單點(diǎn)光譜測(cè)量設(shè)備可以提供高質(zhì)量的光譜，這些光譜信息對(duì)于理解或者解決實(shí)驗(yàn)室中的問(wèn)題是十分關(guān)鍵的。當(dāng)觀測(cè)一個(gè)樣品或產(chǎn)品的整個(gè)區(qū)域時(shí)，這些技術(shù)難以使用并且對(duì)于非勻質(zhì)性的對(duì)象，則無(wú)法提供有用信息。用戶(hù)通過(guò)高光譜成像儀可以獲得并快速查看整個(gè)樣品區(qū)域的圖像，以了解整個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)。高光譜圖像包含圖像中每個(gè)像素的全光譜信息。這對(duì)于識(shí)別純組分，監(jiān)測(cè)整個(gè)樣品的均勻性，尋找污染物，或?qū)悠方M分進(jìn)行定量測(cè)定是十分有用的。

• 大數(shù)據(jù)輸出與功能強(qiáng)大的軟件

MacroPhor^TM Array具有一個(gè)大樣本平臺(tái)，可以容納各種樣品，如植物和植物材料，酵母菌群，鉆芯，礦物和其他有機(jī)成分衍生的產(chǎn)品。該系統(tǒng)的大型樣品托盤(pán)可以容納21個(gè)樣品（例如培養(yǎng)皿，孔板，定制托盤(pán)等），這些樣品可連續(xù)掃描。MacroPhor^TM Array產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)集對(duì)普通用戶(hù)而言較難處理，，但是我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了圖像分析軟件包KemoQuant™，它可以將數(shù)據(jù)集縮減為定量的和有意義的結(jié)果。KemoQuant™使用多元光譜分析技術(shù)來(lái)發(fā)現(xiàn)/識(shí)別高光譜圖像中存在的獨(dú)立變化的光譜成分，并對(duì)每個(gè)像素中存在的這些光譜成分進(jìn)行量化。用戶(hù)還可以通過(guò)軟件獲得預(yù)定義網(wǎng)格（例如24孔板）下21個(gè)樣品的統(tǒng)計(jì)輸出，以及每個(gè)樣品的的統(tǒng)計(jì)輸出。KemoQuant™全光譜分析技術(shù)具備解決難題所必需的測(cè)量靈敏度和特異度。

主要參數(shù)

MacroPhor^TM Array最多可以配置兩個(gè)高光譜相機(jī)，該系統(tǒng)可配置寬波段成像或高光譜熒光成像。組合如下：

產(chǎn)地與廠家：美國(guó) MSV

MacroPhor™ Flatbed高光譜熒光成像平臺(tái)

MacroPhor™ Flatbed高光譜熒光成像平臺(tái)是一款平面高光譜掃描系統(tǒng)，長(zhǎng)40英寸 寬4英寸 ，具有玻璃表面可用于放置樣品，使用過(guò)程僅需要將樣品放置于玻璃板上并開(kāi)始掃描即可。利用光學(xué)相機(jī)對(duì)焦在玻璃板上，確保每次拍照都能形成清晰的圖像。可以用于掃描的樣品包括植物、礦物、食物、昆蟲(chóng)及小型動(dòng)物。當(dāng)掃描圖像時(shí)，固定波長(zhǎng)的激光以一條直線照亮樣品，有405nm、488 nm、532 nm和640 nm多種波長(zhǎng)的激光可供選擇。激光的光源安裝于可調(diào)換的底座中，用于切換激光光源。HSI平面成像系統(tǒng)可以使用兩個(gè)相機(jī)同時(shí)成像，可組合的相機(jī)類(lèi)型包括：熒光，可見(jiàn)光近紅外（VNIR），近紅外（NIR）或短波紅外（SWIR）相機(jī)。

主要參數(shù)

1.樣品臺(tái)：平板式，玻璃板（長(zhǎng)101.6cm，寬10.16cm）；

2.照明：鹵素?zé)粲糜赩NIR, NIR SWIR相機(jī)，LED用于RGB相機(jī)，激光用于熒光相機(jī)；

3.相機(jī)和激光選項(xiàng)：

應(yīng)用領(lǐng)域

植物科學(xué)，小型動(dòng)物拍照，地質(zhì)學(xué)，食品科學(xué)及分析，昆蟲(chóng)學(xué)。

產(chǎn)地與廠家：美國(guó) MSV

PlantSpec^TM10整株植物高光譜成像系統(tǒng)

PlantSpec^TM10是一款理想的整株植物高光譜成像系統(tǒng)。可以對(duì)高達(dá)4英尺（約122厘米）的植物進(jìn)行高光譜掃描成像；此外，攝像頭也可以從側(cè)面對(duì)植物進(jìn)行掃描。可根據(jù)被掃描的植物不同的視角提供各種視野的成像鏡頭。該系統(tǒng)配有一個(gè)大框架，可以適應(yīng)高光譜，RGB或熱敏攝像機(jī)。一個(gè)80英寸的驅(qū)動(dòng)器移動(dòng)高光譜相機(jī)。該系統(tǒng)配有照明、高光譜攝像機(jī)、白色參比面板，PC和框架。

PlantSpec^TM10使用兩組線性排列的鹵素?zé)簦?/span>400-2500nm波段內(nèi)系統(tǒng)的響應(yīng)非常均勻。是VNIR或者NIR光譜相機(jī)的理想系統(tǒng)。照明系統(tǒng)的每組有13個(gè)35w易于更換的鹵素?zé)簟Ｓ脩?hù)可以根據(jù)需求選擇打開(kāi)所有的燈或者只打開(kāi)一半的燈（每組的燈間隔打開(kāi)）。

主要特點(diǎn)

l  多波段范圍

PlantSpecTM10支持兩個(gè)光譜相機(jī)用于成像，包括VNIR和NIR高光譜相機(jī)，波段范圍為400-1700nm。

l  高光譜成像能力

單點(diǎn)光譜測(cè)量設(shè)備可以提供高質(zhì)量的光譜，這些光譜信息對(duì)于理解或者解決實(shí)驗(yàn)室中的問(wèn)題是十分關(guān)鍵的。這可以解決諸如“是什么"和“有多少"的問(wèn)題。當(dāng)觀測(cè)一個(gè)樣品或產(chǎn)品的整個(gè)區(qū)域時(shí)，這些技術(shù)難以使用并且對(duì)于非勻質(zhì)性的對(duì)象，則無(wú)法提供有用信息。用戶(hù)通過(guò)高光譜成像儀可以獲得并快速查看整個(gè)樣品區(qū)域的圖像，以了解整個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)。高光譜圖像包含圖像中每個(gè)像素的全光譜信息。這對(duì)于識(shí)別純組分，監(jiān)測(cè)整個(gè)樣品的均勻性，尋找污染物，或?qū)悠方M分進(jìn)行定量測(cè)定是十分有用的。 

l  白色參比面板

白色參比面板安裝在架子的右側(cè)，移動(dòng)光譜相機(jī)到適當(dāng)位置以捕獲參比圖像，白色參比面板的高度可根據(jù)樣品的高度上下調(diào)節(jié)，如需避光測(cè)量可關(guān)閉遮板來(lái)提供黑暗的環(huán)境。

主要參數(shù)

1.相機(jī)類(lèi)型：VNIR  400-1000nm，NIR   900-1700nm；

2.照明系統(tǒng)：帶供電系統(tǒng)的兩組線性排列的鹵素?zé)簦?/span>

3.參照：白色參比面板-安裝于相機(jī)的右側(cè)，白色參比面板高度可調(diào)節(jié)；

4.遮板：提供無(wú)光環(huán)境；

5.電腦：無(wú)風(fēng)扇被動(dòng)散熱電腦，win10系統(tǒng)，1TB固態(tài)硬盤(pán)；

機(jī)械設(shè)備

6.框架：模制鋁合金；

7.可移動(dòng)性：帶有可鎖定的腳輪；

8.規(guī)格（英寸）：長(zhǎng)110（279厘米），高86（218厘米）寬48（122厘米）。

產(chǎn)地廠家：美國(guó) MSV

PlantSpec^TM100高通量高光譜表型成像系統(tǒng)

PlantSpec 100高通量高光譜表型成像系統(tǒng)可以配合植物傳輸系統(tǒng)使用（另售），從而移動(dòng)植物通過(guò)成像塔。該系統(tǒng)包含成像室及兩個(gè)高光譜照相機(jī)（VNIR標(biāo)準(zhǔn)），照明系統(tǒng)和高光譜工作站。包含數(shù)據(jù)可視化軟件，以及其他可用于高光譜成像分析的軟件工具。

基本配置

PlantSpec 100高通量高光譜表型成像系統(tǒng)包含以下組件：

? 帶自動(dòng)門(mén)的避光成像塔；

? 適用于頂部及側(cè)面成像的照明系統(tǒng)；

? 供電模塊；

? 軟件控制的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)每個(gè)攝像頭的圖像掃描；

? MSV 500 VNIR高光譜相機(jī)400-1000nm（標(biāo)準(zhǔn)）；

? OLE 17mm鏡頭（可選）；

? 白色參比面板；

? 帶有PLC接口的快速圖像采集軟件；

? 可用于連續(xù)操作的自定義傳輸系統(tǒng)；

? 射頻掃描RFID植物識(shí)別系統(tǒng)；

? 水肥站（自選）；

? 自動(dòng)測(cè)量模塊；

應(yīng)用領(lǐng)域

植物科學(xué)

農(nóng)業(yè)科學(xué)

園藝花卉

產(chǎn)地與廠家：美國(guó)  MSV