ตรวจการสร้างฟีโนไทป์ของพืชโดยใช้การถ่ายภาพไฮเปอร์สเปกตรัม

ฟีโนไทป์ของพืชเกี่ยวข้องกับการศึกษาโครงสร้างและหน้าที่ของพืช ได้แก่การเจริญเติบโต–ผลผลิต–การตอบสนองต่อความเครียดทางชีวภาพและแบบไม่มีชีวิตและคุณภาพ วิธีการดั้งเดิมสำหรับฟีโนไทป์นั้นใช้เวลานาน ลำบาก และทำลายล้าง สิ่งนี้จำเป็นต้องมีเทคโนโลยีที่รวดเร็วและไม่ทำลายปริมาณงานสูง

การถ่ายภาพไฮเปอร์สเปกตรัม (HSI)ให้ข้อมูลสเปกตรัมและข้อมูลเชิงพื้นที่อย่างรวดเร็วจากสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าที่หลากหลายโดยไม่รุกราน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงประโยชน์ในการศึกษาลักษณะโครงสร้างและหน้าที่ของพืช โดยใช้ HSI เพื่อตรวจจับความเครียดจากภัยแล้งในต้นข้าวโพดในขณะที่ HSI ยังใช้ศึกษาและวิเคราะห์เชื้อก่อโรคทางใบในใบข้าวบาร์เลย์ และ เพื่อระบุวิเคราะห์การโจมตีและความรุนแรงของความเครียดจากน้ำในต้นแอปเปิล

ความต้องการของ HSI อาจแตกต่างกันไปตามลักษณะของพืชที่ต้องวัดหรือวิเคราะห์ สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าแสงมีปฏิสัมพันธ์กับพืชอย่างไร และมีความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับเทคโนโลยี การส่องสว่าง และขั้นตอนการประมวลผลข้อมูลของ HSI ก่อนที่จะตั้งค่าแพลตฟอร์มการรับและประมวลผลข้อมูลที่มีประสิทธิภาพสำหรับฟีโนไทป์ของพืชของคุณ

ปฏิสัมพันธ์ของแสงและพืช – ความยาวคลื่นสเปกตรัม

ลักษณะทางกายภาพ เคมี และชีวภาพของใบส่งผลต่อการสะท้อน ดูดซับ หรือส่งผ่านแสง การทำความเข้าใจสิ่งเหล่านี้ตอบสนองกัน ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในการเลือกกล้องไฮเปอร์สเปกตรัมและความยาวคลื่นสเปกตรัมที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่คุณต้องการ สำหรับฟีโนไทป์ของพืช ช่วงความยาวคลื่นที่มีประโยชน์ที่สุดในการวิเคราะห์คือบริเวณแสงที่มองเห็น (VIS) (400–700 นาโนเมตร) บริเวณอินฟราเรดใกล้ (NIR) (700–1,000 นาโนเมตร) และบริเวณอินฟราเรดคลื่นสั้น (SWIR) (1,000–2,500 นาโนเมตร) ตัวอย่างเช่น บริเวณ VIS ให้ข้อมูลเกี่ยวกับการสร้างเม็ดสีของใบ เช่น คลอโรฟิลล์หรือแคโรทีนอยด์ ในขณะที่บริเวณ NIR สามารถใช้วิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างเซลล์พืชได้ ขอบสีแดงซึ่งเป็นส่วนที่แคบระหว่างบริเวณ VIS และ NIR มักใช้เพื่อตรวจจับความเครียดของพืช สามารถใช้ภูมิภาค SWIR เพื่อรับข้อมูลเกี่ยวกับปริมาณน้ำและโปรตีนของพืชได้

เทคโนโลยีการถ่ายภาพไฮเปอร์สเปกตรัม

กล้องไฮเปอร์สเปกตรัมเป็นการบูรณาการเทคโนโลยีสเปกโทรสโกปีและการถ่ายภาพดิจิทัลเข้าด้วยกัน ชุดข้อมูลที่รวบรวมหรือที่เรียกกันทั่วไปว่ากไฮเปอร์คิวบ์หรือดาต้าคิวบ์รวมรูปภาพหลายร้อยภาพที่มีความยาวคลื่นสเปกตรัม ที่ต่อเนื่องกันและแคบ ซึ่งให้การกระจายลายเซ็นสเปกตรัมแบบ 2 มิติของวัตถุ มีหลายประเภทที่แตกต่างกันกล้องไฮเปอร์สเปกตรัมและสามารถจำแนกตามวิธีที่พวกมันได้ไฮเปอร์คิวบ์ กล้องไฮเปอร์สเปกตรัมแบบสแกนเส้น มักใช้ในการตรวจจับระยะไกลหรือระยะใกล้ และมีบทบาทสำคัญในฟีโนไทป์ของพืช กล้องไฮเปอร์สเปกตรัมเหล่านี้จะจับพิกเซลหนึ่งบรรทัดในแต่ละครั้ง และรับไฮเปอร์คิวบ์โดยการสแกนเส้นเดียวผ่านวัตถุ

การส่องสว่างด้วยการถ่ายภาพไฮเปอร์สเปกตรัม

แสงสว่างถือเป็นประเด็นที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งที่ต้องพิจารณาใน HSI เมื่อต้องได้รับไฮเปอร์คิวบ์คุณภาพสูง ระบบส่องสว่างควรจัดให้มีแสงแบบกระจายโดยสิ้นเชิงเพื่อให้แน่ใจว่าวัตถุได้รับแสงสว่างสม่ำเสมอ นอกจากนี้ แหล่งกำเนิดแสงควรสามารถส่องสว่างวัตถุได้ตลอดความยาวคลื่นสเปกตรัมที่ต้องการทั้งหมดโดยยังคงความสม่ำเสมอไว้ ตัวอย่างเช่น ไฟฮาโลเจนมักใช้ในการใช้งาน HSI ภายในอาคาร เนื่องจากปล่อยแสงในช่วง VIS, NIR และ SWIR โดยไม่มีพีคสเปกตรัมที่แหลมคม

การประมวลผลข้อมูลภาพไฮเปอร์สเปกตรัม

เมื่อได้ไฮเปอร์คิวบ์มาแล้ว มันจะต้องผ่านการประมวลผล ซึ่งโดยทั่วไปจะรวมถึงการประมวลผลล่วงหน้าและการแบ่งส่วนด้วย การประมวลผลข้อมูลล่วงหน้า เช่น วิธี Standard Normal Variate (SNV) วิธีการกรองแบบปรับให้เรียบ ฯลฯ มีจุดมุ่งหมายเพื่อปรับปรุงคอนทราสต์ของภาพและขจัดสัญญาณรบกวน การแบ่งส่วนรูปภาพใช้เพื่อแยกพื้นที่ที่สนใจ เช่น แบ่งส่วนต้นไม้สีเขียวจากพื้นหลังที่ไม่เกี่ยวข้อง เวกเตอร์คุณลักษณะถูกแยกออกจากลายเซ็นสเปกตรัมโดยใช้วิธีการต่างๆ เช่น การดึงคุณสมบัติฟูริเยร์ การดึงคุณสมบัติเวฟเล็ต การแปลงส่วนประกอบหลัก ฯลฯ

กล้องไฮเปอร์สเปกตรัมจำเพาะ

Specim เป็นผู้ให้บริการโซลูชัน HSI ชั้นนำนำเสนอสิ่งต่างๆ มากมายกล้องไฮเปอร์สเปกตรัมไม้กวาดที่ครอบคลุมความยาวคลื่นตั้งแต่ VIS ไปจนถึงอินฟราเรดความยาวคลื่นยาว (LWIR) จากกล้องไฮเปอร์สเปกตรัมแบบพกพาไอคิวเฉพาะที่เหมาะกับห้องปฏิบัติการและการใช้งานภาคสนาม/นอกสถานที่ระบบไฮเปอร์สเปกตรัมในอากาศและการสำรวจระยะไกลฟีโนไทป์ของพืชด้วย HSI ทำได้ง่ายด้วย Specim

หากสนใจที่จะหาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ HSI หรือต้องการความช่วยเหลือในการตั้งค่าระบบ HSI สำหรับการวิจัยและการศึกษาพืช กรุณาติดต่อกับผู้เชี่ยวชาญของเราเพื่อรับคำปรึกษาฟรีทันที