SpectraScan-R根系光譜掃描成像分析系統

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，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，還可以進一步經過洗根后掃描成像然后通過專業軟件進行根系分析，可以分析根系長度、直徑、面積、體積、根尖記數等，還可以分析新生根系、根系水分分布、根系生化結構二維時空分布成像等，甚至可以通過高光譜技術二維成像分析根系土壤基質有機碳、水分含量等時空動態變化。功能強大，操作簡單，軟件可分析植物根系的形態，色彩、分級伸展分析及根系的整體結構分布等等。可廣泛應用于植物根系動態、植物表型分析、植物脅迫、土壤生態修復、濕地監測等領域。

二、原理：

SpectraScan-R根系分析系統利用高質量RGB圖形掃描儀及高光譜成像系統，獲取高分辨率植物根系可見光圖像及高分辨率光譜數據，然后通過專業分析軟件對根系形態結構、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，并且在掃面板上預留了雙光源校準區域。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生的陰影和不均勻等現象的影響，有效地保證了獲取的圖像質量。

WinRHIZO軟件可以讀取TIFF，JPEG標準格式的圖像。針對獲取的圖像，利用插入加密狗解密的軟件，同時配合廠家針對掃描儀配置的Scanner.cal校準文件，對掃描獲得的高質量根系圖像進行分析。采用非統計學方法測量計算出交叉重疊部分根系長度、直徑、面積、體積、根尖等基本的形態學參數；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量、水分、根系生長和營養狀況、土壤基質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、連通性等形態特征）、根系拓撲分析（研究根系連接數量、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：經過廠家調試的標準根系掃描設備，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，對根系及土壤基質進行高光譜成像

3、根系分析系統：基本版 /標準版 /專業版WinRHIZO分析軟件

4、電腦（低配置：Pentium III / 64 MB內存 / 17"顯示器）用戶自備

光譜掃描設備類型及區別見下表：

**WinRhizo Pro版本包括藍色背景板

四、基本技術指標：

1、不同版本WinRhizo主要技術指標：

* 擬南芥版具有專業版所有功能，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（標配），內置自動推掃系統、取景器相機等，高度便攜，集光譜成像數據采集、可視化數據處理、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，可創建類別或分級模型并建立App直接導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（標配）

6)光譜分辨率7nm（標配），波段數204（標配）

7)標配視野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（專業版RGB掃描分析軟件）：根的長度、面積、體積、根尖計數、根系存活數量等研究（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（專業版RGB掃描分析軟件）：用于根系分支角度、連通性等形態研究（與拓撲和發育分析大的區別是，link分析可以針對非完整根系！軟件給出的結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（專業版RGB掃描分析軟件）：連接數量、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量；每一級分叉的總數量等）

12)根系發育（Development）分析：記錄根系整體等級分布情況（可通過專業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）