基于频域近红外光谱法的生物组织光学参数的检测与三维重构_胡文雁
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近红外光谱技术在新生儿脑组织氧合监测中的应用进展2.出生缺陷与相关妇儿疾病教育部重点实验室610041摘要目前国外脑组织氧饱和度监测中广泛应用了近红外光谱技术(NIRS)。
该手术可持续测量区域组织氧饱和度的同时,还是一项无创技术。
但目前国内对近红外光谱技术在新生儿脑组织氧合监测中的应用研究较少,仅在国内部分三甲医院得到了应用。
基于此,本文通过对国内外相关研究文献进行综述,首先讨论了NIRS设备监测rSO2的原理;接下来讨论了NIRS设备监测在新生儿脑组织氧合中的应用,其中包括在先天性心脏病患儿以及缺氧缺血性脑病(HIE)患儿中的应用;再接着讨论了NIRS设备监测rSO2的局限性;最后讨论了NIRS监测rSO2的未来发展潜力。
期望以此丰富目前国内关于NIRS的理论研究,为该基础进一步的实践推广做出薄弱贡献。
关键词:脑组织氧饱和度;近红外光谱技术;新生儿前言机体进行进行代谢提供能量的前提条件就是充分的组织氧合状态。
作为重要的生命指标,血气分析和经皮氧饱和度监测仅可单纯的分析血液中的氧分压和肢端的小动脉血氧饱和度,而不能分析出器官组织含氧量[1]。
近红外光谱测定技术(NIRS)采用可吸收光线对氧合血红蛋白(HbO2)与还原血红蛋白(Hb)的吸收谱之间存在显著差异进行血液的氧合状态测量,以此评估血流及氧合代谢变化,该方法具有直接性、客观性、无创性及可持续性等特征[2]。
研究显示:经NIRS 测量的脑组织氧饱和度(rSO2)比SpO2更能客观评价新生儿脑组织氧合情况。
但目前国内对此NIRS的推广较少,仅在一些顶尖的三甲医院中的重症监护室有所应用。
基于此,本文首先讨论了NIRS设备监测rSO2的原理、应用、局限性以及未来发展潜力。
通过本文的研究,不但可以进一步为相关理论研究做出贡献的同时,为该技术的进一步实践推广做出贡献。
1NIRS设备监测rSO2的原理近年来,近红外光谱学作为一种监测脑灌注的方法重新引起了人们的兴趣。
标题:近红外光谱(NIRS)分析技术及其在农业中的应用作者:---- 摘自:农林科学院玉米研究中心摘要论述了近红外光谱(NIRS)分析技术的原理、技术发展进程及其应用现状、发展前景。
关键词:近红外光谱分析作物育种品质抗病虫应用在电磁光谱(EMS)中,400~700nm的可见光使生命得以生存,而位于可见光之外的近红外光谱(NIR,波长为0.75~2.5μm)可以分析生物的所有组分。
近红外光谱(Near Infrared Spectroscopy,简称NIRS)分析技术是20世纪80年代后期迅速发展起来的一项测试技术,在欧美等国,NIRS已成为谷物品质分析的重要手段。
由于可以非破坏性的分析样品中的化学成分,为当前作物育种研究领域的品质育种提供了一个新的技术手段。
1 NIR作为一种分析手段,可以测定有机物以及部分无机物。
这些物质分子中化学键结合的各种基团(如C=C,N=C,O=C,O=H,N=H)的伸缩、振动、弯曲等运动都有它固定的振动频率。
当分子受到红外线照射时,被激发产生共振,同时光的能量一部分被吸收,测量其吸收光,可以得到极为复杂的图谱,这种图谱表示被测物质的特征。
不同物质在近红外区域有丰富的吸收光谱,每种成分都有特定的吸收特征,这就为近红外光谱定量分析提供了基础。
但由于每一物质有许多近红外吸收带,某一成分的吸收会与其他成分的吸收发生重组,因此当测定某一复杂物质,如豆饼中的粗蛋白质时,在所选择的近红外光谱区会受到水、纤维、油吸收的干扰。
Herschel在1800年发现NIR光谱区,但NIR区的倍频和合频吸收弱、谱带复杂和重叠多,信息无法有效的分离和解析,限制了其应用。
随着光学、电子技术、计算机技术和化学计量学的发展,多元信息处理的理论与技术得到了发展,可以解决NIR术是依据某一化学成分对近红外区光谱的吸收特性而进行的定量测定,所以应用NIR光谱进行检测的技术关键就是在两者之间建立一种定量的函数关系。
现代近红外光谱技术及应用进展一、本文概述近红外光谱(Near-Infrared Spectroscopy,NIRS)是一种基于物质对近红外光的吸收和散射特性的分析技术。
近年来,随着光谱仪器设备的不断改进和计算机技术的飞速发展,现代近红外光谱技术在分析化学、生物医学、农业食品等领域的应用日益广泛。
本文旨在综述现代近红外光谱技术的最新进展,特别是在仪器设备、数据处理方法、化学计量学以及应用领域的最新发展。
文章首先介绍了近红外光谱的基本原理和技术特点,然后重点论述了现代近红外光谱技术在不同领域的应用实例和取得的成果,最后展望了未来发展方向和潜在应用前景。
通过本文的阐述,旨在为读者提供一个全面、深入的现代近红外光谱技术及应用进展的概述。
二、现代近红外光谱技术的理论基础现代近红外光谱技术,作为一种高效、无损的分析手段,其理论基础源自电磁辐射与物质相互作用的原理。
近红外光谱区域通常是指波长在780 nm至2500 nm范围内的电磁波,其能量恰好对应于分子振动和转动能级间的跃迁。
因此,当近红外光通过物质时,分子中的化学键和官能团会吸收特定波长的光,产生振动和转动跃迁,从而形成独特的光谱。
现代近红外光谱技术的理论基础主要包括量子力学、分子振动理论和光谱学原理。
量子力学为近红外光谱提供了分子内部电子状态和行为的基本描述,而分子振动理论则详细阐述了分子在不同能级间的跃迁过程。
光谱学原理则将这些理论应用于实际的光谱测量和分析中,通过测量物质对近红外光的吸收、反射或透射特性,来获取物质的结构和组成信息。
现代近红外光谱技术还涉及到光谱预处理、化学计量学方法以及光谱解析等多个方面。
光谱预处理包括平滑、去噪、归一化等步骤,旨在提高光谱的质量和稳定性。
化学计量学方法则通过多元统计分析、机器学习等手段,实现对光谱数据的深入挖掘和信息提取。
光谱解析则依赖于专业的光谱数据库和算法,对光谱进行定性和定量分析,从而确定物质中的成分和含量。
第5卷 第3期2012年6月 中国光学 Chinese Optics Vol.5 No.3June 2012 收稿日期:2012⁃01⁃15;修订日期:2012⁃03⁃15 基金项目:国家863高技术研究发展计划资助项目(No.863⁃2⁃2⁃11⁃7)文章编号 1674⁃2915(2012)03⁃0257⁃06基于光谱角时序不变性的红外目标识别许伟琳1,武春风2,逯力红3,侯晴宇4∗(1.武汉大学遥感信息工程学院,湖北武汉430079;2.湖北航天技术研究院总体设计所,湖北武汉430034;3.天津工业大学理学院,天津300387;4.哈尔滨工业大学空间光学工程研究中心,黑龙江哈尔滨150001)摘要:为了识别空间目标与气球诱饵,提出了基于光谱角时序不变性的红外目标识别方法。
通过分析证实了空间目标与气球诱饵在温度时变特性上存在差异。
为了反映目标测量功率温度时变本质,消除传感器与目标距离以及等效投影面积的时变耦合对测量功率的影响,提出了利用时序光谱角作为光谱向量的时序变化量度。
该量度能够刻画光谱曲线的时序变化,反演物体温度时变特性,可以作为温度时变特性不同的目标和诱饵之间聚类识别的有效判据。
仿真结果表明:该方法能够有效识别空间目标与气球诱饵;通过融合时序光谱特征,为空间目标识别提供了一种新的机制。
关 键 词:红外目标识别;时序光谱;光谱角;诱饵中图分类号:TP391.14 文献标识码:A doi:10.3788/CO.20120503.0257IR target recognition based on invariantsequential spectral angleXU Wei⁃lin 1,WU Chun⁃feng 2,LU Li⁃hong 3,HOU Qing⁃yu 4∗(1.School of Remote Sensing and Information Engineering ,Wuhan University ,Wuhan 430079,China ;2.Designing Institute of Hubei Space Technology Academy ,Wuhan 430034,China ;3.School of Science ,Tianjin Polytechnic University ,Tianjin 300387,China ;4.Research Center for Space Optical Engineering ,Harbin Institute of Technology ,Harbin 150001,China )∗Corresponding author ,E⁃mail :houqingyu@Abstract :An infrared target recognition method based on the invariance of spectral angle in time sequence isproposed to recognize spatial targets and balloon decoys.The difference between spatial targets and balloon de⁃coys on the time⁃varying characteristics of temperature is gained.In order to reflect the time⁃varying character⁃istic essence of target measurement power temperature and to eliminate the time⁃varying coupling influence of the sensor,target distance and the equivalent projective area on the power measurement,the sequential spec⁃tral angle is presented as a sequence varying measure of the spectral vector.The measure can depict the se⁃quence varying of the spectral curve and unti⁃demonstrate the time⁃varying characteristics of object temperatureby the measurement,and it is regarded as an efficiency criterion of clustering recognition concept between tar⁃gets and decoys.Simulation result shows that this method could effectively recognize spatial targets and balloon decoys.It provides a new mechanism for space target recognition by merging the sequential spectral character⁃istics.Key words:infrarea target recognition;sequential spectrum;spectral angle;decoy1 引 言 目标探测识别方法[1⁃3]的研究是基于空间几何特性原理和运动轨迹时序特性原理展开的,在理论研究与工程实践中应用比较广泛。
1000 0569/2019/035(01) 0252 60ActaPetrologicaSinica 岩石学报doi:10 18654/1000 0569/2019 01 20构建红外光谱显微系统实验平台———原位模拟物质反应动力学过程苏文1 刘振先2 陈菲1 高静1 李晓光1SUWen1,LIUZhenXian2,CHENFei1,GAOJing1andLIXiaoGuang11 中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室,北京 1000292 InstituteofMaterialsScienceandDepartmentofCivilandEnvironmentalEngineering,TheGeorgeWashingtonUniversity,Washington,DC200521 StateKeyLaboratoryofLithosphericEvolution,InstituteofGeologyandGeophysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100029,China2 InstituteofMaterialsScienceandDepartmentofCivilandEnvironmentalEngineering,TheGeorgeWashingtonUniversity,Washington,DC20052,USA2018 08 01收稿,2018 11 17改回SuW,LiuZX,ChenF,GaoJandLiXG 2019 ConstructionofFT IRmicro spectroscopysystem:Insitustudiesonreaction dynamicsofmaterial ActaPetrologicaSinica,35(1):252-260,doi:10 18654/1000 0569/2019 01 20Abstract Thisprojectistodevelopacustomin situinfrared(IR)microscopeforhigh pressureandhigh/lowtemperatureFT IRstudiesonBrukerVertex70vvacuumFT IRspectrometer ThismicroscopesystemisspeciallydesignedwithhorizontalIRbeamtogetherwitharubypressurecalibrationsystemandatemperaturecontrolsystemofexternalheater,anidealplatformforin situhigh pressureandhigh/lowtemperatureIRspectroscopicresearchonthepropertiesandstructuresofthematerialsinthedeepinteriorsofplanets HighpressureandtemperatureIRspectraofepidotewereobtainedwiththisexperimentalplatformtosimulateandinvestigateitsstructureandwatersolubilityunderconditionofthedifferenttemperatureandpressureduringsubduction,togetherwithmineralchemicalcharacteristicsandRamandata,tolookinsightintothedynamicevolutionofmineral’sphysicochemicalpropertyandwatercycleinthewholeprocessofsubduction ThedataofepidoteonIRspectroscopicandRamanspectroscopicresearchin situunderhigh pressureandhightemperatureshowthatthestructureoftheepidoteremainedstable,whiletemperatureincreasingfromroomtemperatureto873K,pressurefrom0 1GPato11 87GPa Inparticular,theM ObondwithweakcompressibilityoftheepidoteisrelatedtothesubstitutionofFe Alontheoctahedron OHvibrationspectrumsininfraredspectrumaresuddenincreaseanddisappearance,whichmayberelatedtoredoxofFe OurresultsdemonstratethatepidotitecanbestableatleastwithintherangeofP=11 87~12 73GPaandT=773~873K Therefore,epidotite,ashydrousmineral,couldhavecarriedwaterintothemantleKeywords Extension;ThelevelofIRlightsource;Micro FT IR;HT HP;Insitu摘 要 本项目通过对商用布鲁克Vertex70v真空型红外光谱仪进行拓展,来构建一套水平红外光路的系统,并与红宝石测压系统、外加温温控系统联用,适用于高压、高/低温测量的傅立叶变换红外显微系统,从而真正实现在原位条件下观察与研究地球内部物质的性质和结构特征的实验平台。
近红外光谱法测定不同产地黄芪中毛蕊异黄酮葡萄糖苷和黄芪甲苷含量战皓;方婧;付梅红;吴宏伟;张东;柳梦婷;唐力英;李化;王祝举;杨滨;杨岚【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2017(037)005【摘要】A quick and nondestructive method using near-infrared(NIR) diffuse reflectance spectroscopy was presented for the determination of the contents of calycosin-7-glucoside and astragaloside in astragali radix.With liquid chromatograph/mass spectrometer analysis of the reference value,partial least squares method was applied to establish a quantitative analysis model on calycosin-7-glucoside and astragaloside.The results showed that the model of calycosin-7-glucoside had optimal performance with pretreatment method of multiplicative scatter correction,first derivative and Savitzky-Golay convolution smoothing.The determination coefficients was 0.826 6 whiel the root mean square prediction(RMSEP)was 0.022 7;determination coefficients of calibration set was 0.863 5 and the root mean square error of calibration (RMSEC) was 0.019 0.Astragaloside after second derivative and Savitzky-Golay convolution smoothing,the determination coefficients was 0.854 8,the root mean square prediction was 0.006 41;determination coefficients of calibration set was 0.796 3 and the root mean square error of calibration was 0.007 99.Studies have shown that near infrared spectroscopycombined with partial least squares method is rapid,reliable and it could be implemented in the content detection of Calycosin-7-glucoside and astragaloside in Astragali Radix.In addition,In addition,through the analysis of Principal Component analysis,it can be found little difference between the regions of Gansu and non-Gansu,there will be higher degree of differentiation among Shanxi,Sichuan and Jilin after elimination the region of Gansu Astragalus.%采用近红外漫反射光谱法对黄芪中毛蕊异黄酮葡萄糖苷和黄芪甲苷的含量进行快速无损检测.以液相色谱质谱联用分析值为参比,采用偏最小二乘法建立黄芪中毛蕊异黄酮葡萄糖苷和黄芪甲苷的定量分析模型.结果显示,毛蕊异黄酮葡萄糖苷近红外光谱经多元散射校正(MSC)+一阶导数+Savitzky-Golay卷积平滑预处理后模型最优,模型参数R2为0.826 6,RMSEP值为0.022 7,校正集R2为0.863 5,RMSEC值为0.019 0;黄芪甲苷近红外光谱经二阶导数+Savitzky-Golay卷积平滑预处理后模型最优,模型参数R2为0.854 8,RMSEP值为0.006 41,校正集R2为0.796 3,RMSEC值为0.007 99.近红外光谱技术结合偏最小二乘法可快速、准确的对黄芪中毛蕊异黄酮葡萄糖苷和黄芪甲苷的含量进行检测.此外,通过主成分分析,发现甘肃产黄芪与其他产地黄芪差异不大,排除甘肃产黄芪后,山西、四川和吉林的样本区分度较高.【总页数】6页(P1391-1396)【作者】战皓;方婧;付梅红;吴宏伟;张东;柳梦婷;唐力英;李化;王祝举;杨滨;杨岚【作者单位】中国中医科学院中药研究所, 北京 100700;中国中医科学院中药研究所, 北京 100700;中国中医科学院中药研究所, 北京 100700;中国中医科学院中药研究所, 北京 100700;中国中医科学院中药研究所, 北京 100700;中国中医科学院中药研究所, 北京 100700;中国中医科学院中药研究所, 北京 100700;中国中医科学院中药研究所, 北京 100700;中国中医科学院中药研究所, 北京 100700;中国中医科学院中药研究所, 北京 100700;中国中医科学院中药研究所, 北京 100700【正文语种】中文【中图分类】O657.3【相关文献】1.CAMG薄层扫描法测定不同产地黄芪中黄芪甲苷的含量 [J], 葛慷艳;张群智2.高效液相色谱-蒸发光散射检测器法测定不同产地黄芪中黄芪甲苷含量 [J], 王宗权;贾继明;裴彩云3.高效液相色谱法测定3种剂型黄芪中黄芪甲苷和毛蕊异黄酮葡萄糖苷含量 [J], 王谦;赖慧;陈立;李建;米晓琴;赵福兰4.HPLC-ELSD法测定不同产地、剂型黄芪饮片中黄芪甲苷含量 [J], 马宁;郝娟;王景雪5.HPLC法测定不同产地黄芪中黄芪甲苷的含量 [J], 邹传宗;吴秋钰因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
近红外光成像技术检测认知任务期间正常人额叶氧合血红蛋白水平的变化权文香;白云峰;董问天;田菊;杨淑珍【摘要】Objective To investigate the hemodynamic characters of prefrontal cortex in response to verbal fluency test (VFT) by using functional near-infrared spectroscopy (NIRS) in normal individuals. Methods Test of NIRS (Hitachi ETG-4000) with phonemic fluency tasks was carried out to 74 right-handed volunteers (male=38, average age39.81±1.82 year old and average educational duration 14.30±0.63 year; female=39,average age 37.77±1.60 and average educational duration 14.15±0.64). There were statistic differences of age and educa-tional duration between male and female group. Results In prefrontal cortex,the oxygenated hemoglobin values of eleven channel were sig-nificantly different (P < 0.01) at 5-10 second after test began compared with values of baseline. Conclusion VFT can be used for pre-frontal cortex function investigation by using MRS.%目的采用脑功能定量成像装置仪,探讨正常人言语流畅性检测方法及其额叶激活状态的特点.方法 74名右利手健康被试者采用音位流畅性方法进行近红外光成像技术检测,其中男性38名,平均年龄(39.81±1.82)岁,平均受教育年限(14.30±0.63)年;女性39名,平均年龄(37.77±1.60)岁,平均受教育年限(14.15±0.64)年.男女被试者年龄、受教育年限差异均无统计学意义(P>0.05).结果被试者以给出的字为首说出的平均单词数为4.07±1.15,额叶11个通道的测试开始后5~10s与测试开始前5 s比较,氧合血红蛋白平均值的差异有统计学意义(P<0.01).结论这种正常人言语流畅性检测方法可用于近红外光成像技术检测.【期刊名称】《中国医科大学学报》【年(卷),期】2012(041)011【总页数】3页(P1044-1046)【关键词】近红外光成像技术;言语流畅性测验;氧合血红蛋白;还原血红蛋白【作者】权文香;白云峰;董问天;田菊;杨淑珍【作者单位】北京大学精神卫生研究所,卫生部精神卫生学重点实验室(北京大学),北京100191;解放军第302医院中西医院结合肝病诊疗与研究中心,北京100039;北京大学精神卫生研究所,卫生部精神卫生学重点实验室(北京大学),北京100191;北京大学精神卫生研究所,卫生部精神卫生学重点实验室(北京大学),北京100191;北京大学精神卫生研究所,卫生部精神卫生学重点实验室(北京大学),北京100191【正文语种】中文【中图分类】R749.9974名右利手健康被试者进行了NIRS测查,年龄为18~60岁。
近红外光谱技术在胶质瘤大鼠射频热疗中的应用研究张正雄,游洋,杨天明,钱志余【摘要】目的:研究近红外光谱(NIRS)技术运用于立体定向胶质瘤射频热疗手术中实时监测及疗效评估的可行性,并观看此进程中NIRS参数的转变规律。
方式:在大鼠脑右边尾状核注入C6胶质瘤细胞成立胶质瘤大鼠模型;对正常及荷瘤大鼠进行靶向射频加热,观看并记录脑组织及肿瘤组织射频加热时靶点的NIRS参数尤其是优化散射系数的转变情形。
结果: (1) 60只大鼠尾状核注入C6细胞后有55只显现活动减少,进水饮食渐行减少,体重在术后10 d减轻,经磁共振扫描证明建模成功;(2) 射频加热右边尾状核,在各温度点下NIRS 显现特点性转变曲线。
结论:利用NIRS实时活体在位监测及评估胶质瘤大鼠射频热疗的疗效是科学、可行的,其中优化散射系数是疗效评估及监测的良好指标。
【关键词】近红外光谱;优化散射系数;立体定位技术;神经胶质瘤;射频热疗; 大鼠胶质瘤的医治以手术切除为主,由于肿瘤呈浸润性生长,与脑组织无明确分界,难以完全切除,术后进行放射医治、化学医治、免疫医治极为必要,但各类疗法均难以达到根治目的[1]。
肿瘤热疗是用加热方式医治肿瘤,即利用各类物理能量在人体组织中沉积所产生的热效应,并维持一按时刻以达到既杀灭癌细胞又不致损伤正常组织之目的的一种医治方式[23]。
本研究应用近红外光谱(NIRS)技术检测C6胶质瘤大鼠射频热疗前后肿瘤组织相关光学参数——优化散射系数(μ′s),通过对其的分析,评估胶质瘤射频热疗的疗效。
1 材料与方式实验仪器与材料江湾Ⅰ型C动物立体定向仪,leksell 射频仪,1根特制的Y型双光纤微探头(将两根半径为 mm的单模光纤前端融合进外径为 mm 的不锈钢管,别离作为传输和接收光纤),1个卤素光源,1个光纤光谱仪,自动步进系统,立体定向仪,MID7604步进电机驱动器,PCI 7344操纵器,运算机及相关软件。
细胞与动物大鼠C6胶质瘤细胞(购自中国科学院上海细胞库),培育于5%CO 二、37 ℃培育箱,培育液为加入15%马血清及%胎牛血清的F12K培育液。
王玉玲,王婧茹,刘红,等. 近红外光谱技术在食用菌品质检测方面的应用研究进展[J]. 食品工业科技,2024,45(1):359−367. doi:10.13386/j.issn1002-0306.2023030104WANG Yuling, WANG Jingru, LIU Hong, et al. Application Progresses on Near-infrared Spectroscopy in Quality Detection of Edible Fungi[J]. Science and Technology of Food Industry, 2024, 45(1): 359−367. (in Chinese with English abstract). doi:10.13386/j.issn1002-0306.2023030104· 专题综述 ·近红外光谱技术在食用菌品质检测方面的应用研究进展王玉玲1,王婧茹2,刘 红3,秦令祥4,高愿军4,周海旭2,李 波2, *,何鸿举2,*(1.河南科技学院农学院,河南新乡 453003;2.河南科技学院食品学院,河南新乡 453003;3.海南师范大学化学与化工学院/海口市热带特色药食同源植物研究与开发重点实验室,海南海口 571158;4.漯河食品职业学院,河南漯河 462333)摘 要:食用菌是一类高蛋白、低脂肪且兼具药用价值的大型真菌,因其多营养、鲜风味、低热量、多功效等特点而成为餐桌上常备食材之一。
随着消费理念不断转变,食用菌的高品质和高营养需求成为必然。
近红外光谱(near-infrared spectroscopy ,NIRS )技术因其快捷、无损、多组分同时检测、绿色无污染等优点,被广泛应用于食用菌品质检测研究。
本文全面归纳综述了近5年来NIRS 技术结合化学计量学方法在食用菌理化组分、活性成分、品种鉴别、产地溯源、病原菌污染、掺假识别等及其他方面的研究及应用进展,同时提出了NIRS 技术在食用菌品质检测应用方面的发展策略,以期为完善NIRS 技术检测食用菌理论、研发专用食用菌检测设备提供方法参考和思路借鉴。
2024 年 1 月第 6 卷第 1 期Jan.2024 Vol.6, No.1智慧农业(中英文) Smart Agriculture融合三维结构光和叶绿素荧光的植株光合表型成像系统束宏伟1,2,王玉伟2,3,饶元1,2*,朱浩杰2,3,侯文慧2,3,王坦1,2(1.安徽农业大学信息与人工智能学院,安徽合肥 230036,中国; 2.农业农村部农业传感器重点实验室,安徽合肥230036,中国; 3.安徽农业大学工学院,安徽合肥 230036,中国)摘要:[目的/意义]植株光合表型研究在把握植株生理特性和解析植株形态结构上起着至关重要的作用,通过传统叶绿素荧光成像方法难以对植株光合作用三维空间异质性进行分析。
为提高植株表型检测效率,满足高通量植株光合表型分析需求,本研究构建了一套经济实用、融合三维结构光和叶绿素荧光的植株光合表型成像系统。
[方法]提出了一种自动化植株图像采集并建立植株可视化模型的方法,并进行图像分析获取植株光合效率信息。
通过搭建结合叶绿素荧光激发的结构光条纹投影装置,先用LED(Light-Emitting Diode)白光与蓝光分别照射植株样本,再用投影仪对植株样本投射相移条纹,电动滤光轮配合相机同步采集不同光照条件下特定波段的植株图像;通过数字图像处理获取植株三维图像和对应的叶绿素荧光图像,并分析植株的三维形态结构及光合效率,将植株叶绿素荧光图像逐像素渲染到其三维结构上,便可推测出植株光合在三维空间中分布情况。
[结果和讨论]该方法及系统能够高效多样化采集植株图像,快速重构出植株三维形态,其整体重建准确率可达到96.69%,整体误差仅为3.31%,重构时间仅需1.11 s,同时能够满足植株光合效率评估需求。
[结论结论]]该研究可为植株高通量光合表型异质性分析提供技术支持。
关键词:结构光条纹投影;叶绿素荧光;植株表型;三维重构;光合效率;异质性分析中图分类号:TP391.41;S667.4 文献标志码:A 文章编号:SA202311018引用格式:束宏伟, 王玉伟, 饶元, 朱浩杰, 侯文慧, 王坦. 融合三维结构光和叶绿素荧光的植株光合表型成像系统[J].智慧农业(中英文), 2024, 6(1): 63-75. DOI:10.12133/j.smartag.SA202311018SHU Hongwei, WANG Yuwei, RAO Yuan, ZHU Haojie, HOU Wenhui, WANG Tan. Imaging System for Plant Photosyn‐thetic Phenotypes Incorporating Three-dimensional Structured Light and Chlorophyll Fluorescence[J]. Smart Agriculture, 2024, 6(1): 63-75. DOI:10.12133/j.smartag.SA202311018 (in Chinese with English abstract)0 引言植株表型和光合效率的研究一直是植物科学领域的重要课题。