应用于植物生理状态检测的低成本叶绿素荧光成像系统

• Published in: 智慧农业（中英文） Vol. 5; no. 3; pp. 154 - 165
• Main Authors: 杨振宇, 汤浩, 葛玮, 夏倩, 仝德之, 付丽疆, 郭亚
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国农业科学院农业信息研究所 30.09.2023; 江南大学 物联网工程学院,江苏无锡 214026,中国%绿视芯科技(无锡)有限公司,江苏无锡 214000,中国; 江南大学 轻工过程先进控制教育部重点实验室,江苏无锡 214122,中国
• Subjects: TracePro; 光合作用; 荧光检测; CMOS相机; 叶绿素荧光成像系统; chlorophyll fluorescence imager; photosynthesis; CMOS camera; chlorophyll fluorescence detection
• ISSN: 2096-8094
• DOI: 10.12133/j.smartag.SA202306006

[目的/意义]植物光合作用过程中释放的叶绿素荧光与光化学反应紧密耦合，其荧光信号采集是光合作用效率、植物生理及环境胁迫等无损的测试手段。作为获取该信号的叶绿素荧光成像系统通常价格昂贵，针对此问题，本文提出一种低成本叶绿素荧光成像系统设计方案。[方法]叶绿素荧光成像系统主要由激发光灯组、CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）相机及其控制电路和智能手机上位机三部分组成。激光发灯组采用LED面光源和碗状结构，通过对光场的仿真分析保证光照强度和均匀性；采用微型CMOS相机进行荧光图像采集，利用智能手机作为上位机完成激发光控制，并将数据回传至手机或服务器进行分析、处理、存储及显示。[结果和讨论]基于该方案，制造了一款仪器样机，其激发光强最大为6250μmol/（m2·s），光场整体变化幅度偏差为2%，光谱范围为400～1000 nm，稳定的采集频率最高可达42 f/s，具备连续光激发和调制脉冲激发功能。[结论]通过叶绿素荧光图像采集实验验证了本仪器的有效性。该仪器结构简单、造价成本低，在植物生理状态检测领域有着很好的应用价值。