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）?；谒鶞y(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?？梢栽谥参锏纳L(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 mriate 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?？煽康臉颖狙菔?，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?？墒褂每焖侔惭b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?？稍谏a(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?？梢杂糜趻呙璧臉悠钒ㄖ参?、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)?？梢詫?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?？筛鶕?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)?，?/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)?。用?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