融合三维结构光和叶绿素荧光的植株光合表型成像系统

[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1.11s,同时能够满足植株光合效率评估需求。[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。