3D сканирование для оценки состояния растений

Каждый день миллионы растений измеряются линейкой или оцениваются невооруженным глазом.

Биологи и селекционеры растений хотят развивать новые сорта сельскохозяйственных культур, которые устойчивы к глобальным вызовам, таким как изменение климата.

Для этого им необходимо выявить сорта растений (генотипы) с признаками, которые лучше противостоят засухе, жаре, засолению, болезням и многим другим угрозам, с которыми сталкивается сельское хозяйство.

Мы автоматизируем все эти ручные измерения с помощью 3D-сканера, который мы специально разработали для оценки растений.

PlantEye 3D-сканер, используемый для измерения влияния различных параметров светодиодного освещения на салат.

Phenospex был соавтором биолога Грегуара Хаммеля, который столкнулся с проблемами ручных измерений во время подготовки своей кандидатской диссертации.

Двенадцать лет назад он начал с базовой 2D-визуализации растений, но его исследование требовало всё большого количества измерений, которые он не мог сделать вручную.

Наши алгоритмы смогли извлечь некоторые данные о растениях из анализа изображений.

Было измерено и проанализировано большое количество растений, что сделало эксперимент новаторским и очень успешным.

Но мы быстро заметили, что 2D-изображения будет недостаточно для получения всех необходимых параметров растений.

Растения имеют сложные структуры и архитектуру, которые многое говорят об особенностях растения.

В отличие от 2D, 3D способен отображать эти важные объекты в параметры растений.

Например, правильная ориентация листьев к Солнцу может значительно улучшить фотосинтетическую способность.

Этот параметр угла листа помогает размножать растения с более высоким ростом и большей биомассой. Поэтому мы начали разрабатывать наш 3D-сканер под названием PlantEye.

PlantEye специфически конструировано для того чтобы измерить заводы и может совместить 3D с мультиспектральными данными.

Он предоставляет все данные, необходимые биологу или селекционеру, чтобы сделать свой выбор.

PlantEye для анализа растений

Перемещая PlantEye над растениями с помощью тракторов или роботов, мы можем создать 3D-модель со спектральной (цветной) информацией.

Сканирование занимает 1 минуту с нашими небольшими лабораторными плантациями и до нескольких часов для целых полей.

Мы используем 3D-модели в качестве источника данных для расчета многих параметров, таких как рост растений, биомасса, высота, площадь листьев и ориентация.

Так же, мы используем информацию о цвете различных частей растения для количественной оценки пораженной болезнью или отмершей ткани листьев.

Так получаем представление о физиологическом или пищевом состоянии культуры.

Эти параметры доступны в течение нескольких секунд после сканирования и используются для оценки растений.

Например, какое растение растет быстрее всего или какие растения имеют самую высокую устойчивость к болезням или засухе.

Датчики сканеров могут обнаруживать малейшие различия и аномалии роста, которые человеческий глаз никогда не сможет сделать.

Эти данные также могут быть использованы для мониторинга производства сельскохозяйственных культур в теплицах.

Это позволяет своевременно принимать контрмеры, что обеспечивает качество продуктов питания и снижает затраты на производство ресурсов и денег.

Проблемы

Самыми большими проблемами при использовании высоких технологий в сельском хозяйстве являются климатические и инфраструктурные проблемы.

• солнечный свет
• высокие температуры
• пыльная и влажная окружающая среда
• ухабистая или неровная почва
• удаленные места эксплуатации

И это лишь некоторые из них, и это очень затрудняет получение воспроизводимых данных с разрешением ниже 1 мм.

Исследования заняли у нас более 7 лет напряженной работы и много испытаний.

Нам пришлось изучить большой массив новой информации, прежде чем разработать базовую технологию PlantEye, чтобы справиться со всеми проблемами.

Но работа окупилась, и мы гордимся тем, что теперь в мире есть уникальный сканер, который считывает всю необходимую информацию с растений в различных условиях окружающей среды.

Что ждет нас впереди

Воздействие сельского хозяйства на нашу окружающую среду является повсеместным, и сельское хозяйство сегодня работает на расходы завтрашнего дня.

Массовое применение пестицидов и удобрений разрушает наше биологическое разнообразие и наши почвы.

Сельское хозяйство отвечает более чем за 70% нашего потребления воды и 30% выбросов парниковых газов.

Население на Земле к 2050 году достигнет 10 миллиардов человек, и нам срочно нужно революционизировать то, как мы сегодня развиваем и производим сельскохозяйственные культуры.

Короче говоря, нам нужно производить больше продовольствия с меньшим количеством ресурсов.

Сканеры, такие как наш PlantEye, Большие Данные и автоматизация, будут играть ключевую роль в этом глобальном вызове.

Это мотивация, которая движет нами в Phenospex.

Мы хотим быть частью этой революции и активно продвигать эту область вперед, чтобы сделать сельское хозяйство более эффективным в будущем.

К оглавлению раздела