SpectraScan-R根系光譜掃描成像分析系統(tǒng)
一、用途：
SpectraScan-R是一套于離體（ex-situ）根系VIS-NIR波段光譜掃描成像分析的儀器系統(tǒng)，完整植物根系取土后可直接進行可見光近紅外高光譜掃描成像分析，還可以進一步經(jīng)過洗根后掃描成像然后通過專業(yè)軟件進行根系分析，可以分析根系長度、直徑、面積、體積、根尖記數(shù)等，還可以分析新生根系、根系水分分布、根系生化結(jié)構(gòu)二維時空分布成像等，甚至可以通過高光譜技術(shù)二維成像分析根系土壤基質(zhì)有機碳、水分含量等時空動態(tài)變化。功能強大，操作簡單，軟件可分析植物根系的形態(tài)，色彩、分級伸展分析及根系的整體結(jié)構(gòu)分布等等?？蓮V泛應(yīng)用于植物根系動態(tài)、植物表型分析、植物脅迫、土壤生態(tài)修復(fù)、濕地監(jiān)測等領(lǐng)域。
二、原理：
SpectraScan-R根系分析系統(tǒng)利用高質(zhì)量RGB圖形掃描儀及高光譜成像系統(tǒng)，獲取高分辨率植物根系可見光圖像及高分辨率光譜數(shù)據(jù)，然后通過專業(yè)分析軟件對根系形態(tài)結(jié)構(gòu)、光譜特征、生化組成等進行分析。掃描儀在掃描面板下方和上蓋中安裝有專門的雙光源照明系統(tǒng)，并且在掃面板上預(yù)留了雙光源校準區(qū)域。掃描時，掃面板下的光源和上蓋板中的光源同時掃過高透明度根盤中的根系樣品，這樣可以避免根系掃描時容易產(chǎn)生的陰影和不均勻等現(xiàn)象的影響，有效地保證了獲取的圖像質(zhì)量。
WinRHIZO軟件可以讀取TIFF，JPEG標(biāo)準格式的圖像。針對獲取的圖像，利用插入解密的軟件，同時配合廠家針對掃描儀配置的Scanner.cal校準文件，對掃描獲得的高質(zhì)量根系圖像進行分析。采用非統(tǒng)計學(xué)方法測量計算出交叉重疊部分根系長度、直徑、面積、體積、根尖等基本的形態(tài)學(xué)參數(shù)；利用軟件的色彩等級分析功能、高光譜成像分析，還可以對根系RGB、近紅外光譜進行分析，從而進行根系存活數(shù)量、水分、根系生長和營養(yǎng)狀況、土壤基質(zhì)等方面進行分析研究；利用軟件的高級分析功能，還可以對完整的植物根系圖像進行根系連接分析（研究根系分支角度、連通性等形態(tài)特征）、根系拓撲分析（研究根系連接數(shù)量、路徑長度）和根系分級伸展分析（記錄根系整體等級分布情況）。從而滿足研究者針對植物根系不同類別和層次的研究。
三、組成：
1、圖像撲捉系統(tǒng)：經(jīng)過廠家調(diào)試的標(biāo)準根系掃描設(shè)備，匹配專門的光源、具有校正特點、根系固定裝置等
2、高光譜成像分析單元，對根系及土壤基質(zhì)進行高光譜成像
3、根系分析系統(tǒng)：基本版 /標(biāo)準版 /專業(yè)版WinRHIZO分析軟件
4、電腦（低配置：Pentium III / 64 MB內(nèi)存 / 17"顯示器）用戶自備
光譜掃描設(shè)備類型及區(qū)別見下表：
STD4800 | LA2400** | VIS-NIR | NIR | |
描述 | RGB高質(zhì)量高速掃描儀 | RGB多功能、高速掃描面積大的掃描儀 | 400-1000nm波段高光譜掃描成像 | 900-1700nm近紅外波段高光譜掃描成像 |
可否在野外使用 | N | N | Y | Y |
是否需要電腦操作 | Y | Y | Y | |
分辨率DPI（點/英寸） | 4800 | 2400 | 512x512，或1024x，可選配更高分辨率 | 640x |
掃描速度 | 較快 | 快 | 330fps | 670fps |
大掃描面積cm | 21.6x28 | 30x43 | 可局部或任意大小完整根系 | |
是否可對土壤基質(zhì)掃描 | Y | Y | ||
是否適合WinFolia | Y | Y | ||
是否適合 WinRHIZO | Y | Y | ||
是否適合 WinSEEDLE | Y | Y | ||
是否適合 WinDENDRO | Y | Y | ||
**WinRhizo Pro版本包括藍色背景板
四、基本技術(shù)指標(biāo)：
1、不同版本W(wǎng)inRhizo主要技術(shù)指標(biāo)：
整體參數(shù) | 基本版 | 標(biāo)準版 | 專業(yè)版 | 擬南芥版* |
總長 | Yes | Yes | Yes | Yes |
平均直徑 | Yes | Yes | Yes | Yes |
總面積 | Yes | Yes | Yes | Yes |
總體積 | Yes | Yes | Yes | Yes |
根尖、分叉和交疊計數(shù) | Yes | Yes | Yes | Yes |
根直徑等級分布參數(shù) | ||||
長度 | No | Yes | Yes | Yes |
面積 | No | Yes | Yes | Yes |
體積 | No | Yes | Yes | Yes |
根尖計數(shù) | No | Yes | Yes | Yes |
* 擬南芥版具有專業(yè)版所有功能，另外還可針對擬南芥類植物的細小、交叉根系進行測量
2、VIS-NIR光譜掃描成像分析：
1)
高光譜掃描成像分析波段：400-1000nm（標(biāo)配），可選配900-1700nm或1000-2500nm短波紅外波段
2)智能一體式高光譜掃描成像技術(shù)（標(biāo)配），內(nèi)置自動推掃系統(tǒng)、取景器相機等，高度便攜，集光譜成像數(shù)據(jù)采集、可視化數(shù)據(jù)處理、觸摸屏與控制鍵等于一體，采用圖形用戶界面（GUI）
3)高光譜分析軟件采用SAM算法及Savitzky-Golay濾波器技術(shù)，可創(chuàng)建類別或分級模型并建立App直接導(dǎo)入高光譜成像儀使用，建議同時選配ENVI軟件
4)取景器相機分辨率5Mpix，高光譜成像空間分辨率512x512（標(biāo)配），可選配1024x或其它分辨率高光譜成像分析
5)4.3”觸摸屏、13操作鍵（標(biāo)配）
6)光譜分辨率7nm（標(biāo)配），波段數(shù)204（標(biāo)配）
7)標(biāo)配視野31度，成像距離15cm至無窮遠，1m距離成像視野55x55cm
8)具備默認模式、自動篩選模式、客戶定義APP模式及自動時間間隔記錄模式
9)
根系RGB顏色分析（專業(yè)版RGB掃描分析軟件）：根的長度、面積、體積、根尖計數(shù)、根系存活數(shù)量等研究（對根系或者根系附著菌種顏色進行分類，如健康根、淺程度受害根、重程度受害根等，軟件可計算每種顏色根系的總長、總表面積、總體積、總根尖數(shù)量；每種顏色根系的平均長度、平均表面積、平均直徑等）
10)根系連接（link）分析（專業(yè)版RGB掃描分析軟件）：用于根系分支角度、連通性等形態(tài)研究（與拓撲和發(fā)育分析大的區(qū)別是，link分析可以針對非完整根系！軟件給出的結(jié)果有分析對象的根系平均直徑、平均長度、平均表面積、每個分叉角度的平均值；分叉的總數(shù)量；每個分叉的長度、表面積、平均直徑、角度、級別等）
11)根系拓撲（Topology）分析（專業(yè)版RGB掃描分析軟件）：連接數(shù)量、路徑長度等研究（需要根系完整）（必須是要完整的根系掃描圖像。軟件可計算主根的長度、所有次級根的總長度、平均長度、平均直徑、平均表面積；每一級分叉的下級總分叉數(shù)量；每一級分叉的總數(shù)量等）
12)根系發(fā)育（Development）分析：記錄根系整體等級分布情況（可通過專業(yè)版分析軟件需要要完整的根系掃描圖像。軟件可計算每一個分級根系總長、總表面積，平均長度、平均直徑、平均表面積等）
