Frauhofer植物根系成像技术马铃薯根系CT成像

植物作为地球上较常见到的景物,是组成地球生态系统非常重要的一部分,多年来,研究者一直在探索植物生命及其生长过程的奥秘并取得一定成果。根是植物地下部分为适应陆地生活长期进化而形成的营养器官，具有支撑地上部分的基本作用，还是植物从土壤中吸收生长发育所需水分、各种无机盐离子及其他必需养分的器官。因此，研究作物不同生育期根系的生长特点、水分和营养元素的吸收与利用及其在土壤中的分布情况，对提高作物产量、增强作物的抗逆性具有重要意义。

研究植物根系的传统方法有挖掘法、钉板法、容器法、玻璃管法及改良后的根室等，但这些方法会对植物根系造成不同程度的损伤，且存在一定的局限性。随着科学技术的发展，成像技术的出现为植物根系的研究提供了新的解决方案。

计算机断层扫描成像技术是一种依据外部投影数据重建物体内部结构图像的无损检测技术。植物根系原位CT序列图像处理中，合适的图像分割技术是直接影响植物根系三维重建精度和定量分析结果准确性的关键技术，在植物根系原位形态无损检测技术研究中具有*的地位和作用。原位根系CT图像分割是借助分割算法，通过计算机将植物根系从含有土壤等介质的CT断层图像中分离、提取出来，用于后续的三维重建和定量分析。该方法能够解析出不受土壤介质干扰的根系三维立体构型，且不同时期连续测量可动态观察根系结构的生长变化。

Frauhofer植物CT成像系统应用领域

实验室植物CT成像系统广泛应用于植物对植物根系、茎杆的内部结构变化的研究。可以无损地探索盆栽中不同植物的根系变化，也可以测量茎杆的3D结构。

主要特点

适用于研究植物根系和茎杆

分析软件自动将盆栽中的土壤和根系分离，屏蔽土壤干扰

设备占地空间小，操作简单

体素50µm

可360度旋转拍摄样品

同步图像采集及3D重建

设备自带X光屏蔽层，有效可靠

可根据样品大小定制化不同系统

技术参数

1. 系统硬件

系统规格

尺寸：1800mm（宽）x 900mm（深）x 1600mm（高）

焦点到检测器的较大距离：850mm

视野范围：11.4 x 14.5 cm

旋转台：n x 360°

成像速度：5min/盆

有效电路(EN)

门和光信号监视系统的双面电路故障有效互锁系统

X-射线检测器:

活动面积：145 x 114 mm

分辨率：约2940 x 2304像素

像素间距：50μm

X-射线源

电子管电压：10-180 kV

包括发电机的整体式光源

环境条件

供电： 230V或380V，50Hz

温度：运行温度10 °C–30 °C，储藏温度0 °C – 50 °C

湿度：运行/储存：10 –85%RH （无结露现象）

环境防护：关键部位涂有额外的保护涂层，以适应比较苛刻的环境（如灰尘）。如有其它特殊防护要求请客户提前做出说明。

辐射屏蔽

测量室环绕铅当量，机柜外辐射较大剂量率300 nSv/h，符合欧洲有效标准。

2. IT硬件

PC技术参数

64 位处理器

8 GB 内存

1 TB 硬盘空间

DVD 刻录

NVIDIA GeForce 9400 GT

Windows 7 (64 位)

视觉/分析/重建 PC的技术参数

64位多核处理器

128G内存

4 TB硬盘空间

DVD刻录

NVIDIA GeForce Titan X

Windows 7 (64 位)

24寸TFT显示器

3. 工作软件

Fraunhofer Volex 6：测量和构建软件

标准3D CT扫描程序供线上线下数据库的构建，自动修正减少环状伪影、预估旋转中心。

软件界面优化、易于使用。

测量分析体积 (3DCT)

体素尺寸50μm，直径< 114 mm，高度＜145 mm

同步图像采集和构建

图像采集完成之后构建数据同步提供

数据分析

重建的体积是在测量后手动的进行分析，分析软件由Fraunhofer VolumePlayer的插件进行，测量结果是被分离的根系系统，客户可以付费增加新的分析。

Fraunhofer VolumePlayer (VP)

应用于2D、3D灰度值图像数据（8-Bit, 16-Bit 和 32-Bit ）的分析和可视化。提供客户需要的结构模块和可扩展模块。提到的标准配置有：

可视化数据层

利用直方图、本地统计、手动图像、灰度值分布、查询表、测量工具等手动图像分析

体积数据作为图像序列生成

视角连接

处理8-bit, 16-bit和浮点值

实时处理3D数据生成三维显示

不同的显示方法

图像叠加，红蓝眼镜可视3D图像