室内高通量智能表型加速育种平台PhenoAI CPPS

室内高通量智能表型加速育种平台共包含五大项—植株可见光成像系统搭载 RGB 传感器分辨率≥4800 万像素8000×6000可实现亚毫米级的植株器官分割精细捕捉植株外观形态。配备高性能 3D 结构光模块点云采集速度 ≥50万点/秒三维重建误差≤0.03 mm全自动输出株高测量误差 ±1 mm、叶面积测量误差 ±1 cm²、冠层体积等关键表型指标。设备支持自动对焦与多模式曝光方案搭载全局快门可有效消除样品高速传送过程中产生的成像拖影保障动态采集画面清晰稳定。配有 2 套及以上专用照明单元可多角度均匀补光规避阴影带来的成像偏差。光路搭载不少于 5 组专业光学元件稳定光路、持续保障高品质成像效果。多工位设计配备 5 个及以上样品台可同步开展多组样品并行采集提升实验通量。配套 2 套及以上数据采集与分析单元满足高速图像采集、实时在线处理的需求。内置专用图像处理软件可一键完成三维重建、植株形态参数自动提取支持大批量样品批量处理。设备适配 0–40℃、40–80% RH 的常规实验室环境整机防护等级达到 IP65 及以上可适应高湿灌溉场景长期稳定运行。二根系表型成像系统采用 CIS 扫描方案扫描分辨率≥600 DPI根系细节清晰可辨。采集效率优异整机单次采集时长不超过 8 秒 / 株单株根系扫描最快 5 秒即可完成。配套不少于 1000 个标准化根箱可支撑大规模种质筛选工作根箱可统一布置于联栋温室内部适配规模化培育方案。通过优化箱体倾角、箱体表面特殊工艺处理根系贴壁率可达 90% 以上减少根系缠绕遮挡提升识别准确度。搭载定量匀灌系统单次浇水体积误差控制在 ±5 mL 以内灌溉均匀度≥95%保障根区水分环境一致可控。配套专业根系分析软件融合 U-Net、FractalBox 等多种深度学习语义分割算法自动识别提取根长、分支数量、分形维数等 20 余项根系表型参数识别分析准确率不低于 95%。三高光谱成像系统光谱探测范围 400–1700 nm覆盖可见光、近红外、短波红外SWIR覆盖作物生化组分检测核心光谱窗口。光谱分辨率优于 3 nmFWHM有效光谱通道数量≥1200光谱信息丰富细腻。在 50 cm 标准工作距离下空间分辨率可达 0.1 mm/pixel兼顾光谱精度与空间精细度。采用 InGaAs Extended InGaAs/MCT 双阵列探测器搭配 TE 制冷制冷温度稳定至 - 20°C降低噪声干扰。采用推扫式成像方式适配连续样品扫描采集。配套独立数据分析系统可提取目标光谱曲线反演叶绿素、含水量、氮素、蛋白质、油脂、木质素等多种作物生化指标。搭载专用运动控制系统实现扫描运动和光谱数据采集精准同步联动。内置干燥氮气吹扫防干扰结构舱内持续吹扫规避水汽吸收对光谱信号造成的干扰。集成独立热成像模块探测波段 7.5–14 μm图像分辨率 640×480 及以上热灵敏度50 mK测温精度 ±0.5℃同步获取植株温度信息。四人工智能气候舱内部布局包含≥4 m² 准备间、≥60 m² 培养间、≥6 m² 设备间整体有效使用面积不低于 70 m²。温控采用半导体 液冷复合温控方案控温精度可达 ±0.5℃。湿度调控区间 40–90% RH控制精度 ±2% RH可复现多样湿度胁迫环境。二氧化碳浓度300–2000 ppm精度 ±30 ppm。光源选用全光谱 LED 光源灯下 10 cm 位置光强 0–2000 μmol/m²/s 连续无极可调光照均匀度≥98%。预置 6 轴协作机器人系统定位精度≤±0.2 mm完成样品抓取、转运成像、样品归位等自动化流程。自带超温报警、断电保护、UV 灭菌功能新风供给量≥400 m³/h保障舱内环境安全洁净。五数据处理与智能分析系统支持 RGB 图像、高光谱、根系影像、热成像等多源模态数据自动配准误差≤0.15 mm实现多维度表型信息空间对齐。搭载基于深度学习的免标注分割能力依托 U-Net、YOLOv8 等主流算法高效完成目标分割识别。数据导出灵活支持 CSV、HDF5、TIFF 等通用格式可直接对接 BreedBase 种质数据库方便数据流转共享。服务器私有化存储原始实验数据不上传公有云保障科研数据安全。Web 端管理平台可支持 100 位以上用户同时在线访问远程即可完成设备监控、实验任务调度。兼顾科研与教学场景内置干旱、养分、盐胁迫等成套标准实验模板同时开放自定义编辑支持学生自主搭建、设计全新实验流程。