【在地生技】台灣海博特破解連續活體拍攝限制

2020/08/02
【在地生技】台灣海博特破解連續活體拍攝限制
台灣海博特開發的「環控型植物活體 3D 影像分析儀」,透過改良式雙眼鏡頭搭配 16 組多光譜拍攝,解決傳統影像觀測的辨識誤差,與無法連續觀測問題,可長期監控植物生長。此一技術被德國大廠 LemnaTe

Native Bio|在地生技 2020年 Vol. 74

人眼模擬 + 演算法

台灣海博特破解連續活體拍攝限制

撰文 / 彭梓涵 攝影 / 劉端雅


台灣海博特開發的「環控型植物活體 3D 影像分析儀」,透過改良式雙眼鏡頭搭配 16 組多光譜拍攝,解決傳統影像觀測的辨識誤差,與無法連續觀測問題,可長期監控植物生長。此一技術被德國大廠 LemnaTec 看中,產品以LemnaTec+ 海博特雙品牌方式行銷。


圖說:海博特於 2019 年亞太農業技術展中展示全球首創「環控型植物活體高光譜 3D 影像分析儀」。圖右為農科院植物所副研究員陳柏安博士。

圖說:海博特於 2019 年亞太農業技術展中展示全球首創「環控型植物活體高光譜 3D 影像分析儀」。圖右為農科院植物所副研究員陳柏安博士。

隨著 ICT 產業軟硬體與自動化裝置發展,全球農業也在科技協助下興起一股精準農業 (Precision Agriculture) 風潮。

以資訊科技為基礎的農業革命,也勾勒出了一幅完美的智慧農業 (Smart Farming) 面貌。而人類因視覺觀測無法量化及資訊化,在智慧農業中,也大量利用光譜及影像處理進行農業管理節省人力。

葉片為植物進行光合作用及蒸散作用的主要器官,葉子面積與變化是作物生理及農業研究上,作為農作物生產潛能中最有效的量測項目。

近年來,隨著影像處理技術的進步與更新,植物葉片可透過數位相機擷取葉片影像或掃描器將葉片掃描存檔,再透過一般商業影像處理軟體,即可快速獲得估測。

但傳統在做影像處理時,多屬於破壞性取樣法,僅能記錄當下被截取下來的植物訊息,無法對同一株植物進行連續測試,因此,很難精確地完成植物一生生長量測與生理研究。

首創「環控」+「人眼模擬」

解決傳統植物表型研究障礙有 30 年以上植物環境控制開發經驗的台灣海博特 (HiPoint),與農業科技研究院植物所副研究員陳柏安博士,花了 3 年時間一同開發出全球首創「環控型植物活體高光譜 3D 影像分析儀」,解決傳統影像觀測的辨識誤差,與活體植物無法連續觀測問題。

環控型多光譜活體影像分析儀,外觀就像一般植物培養箱,能進行溫度調節,該系統採用 16 組頻道控制光源,調控範圍從 360-970 nm 接近全波長,每種光源均可獨立控制,可依需求設定光源比例,讓植物完全模擬戶外環境生長。

而此系統最大不同是,利用兩顆鏡頭模擬人眼視覺。海博特總經理張簡慶賓表示,不平整葉片上的陰影會嚴重影響影像裝置辨識,傳統在拍攝植物時做影像處理,會取下觀察部位壓平,再放上白平衡板作為背景值 (Background) 校正,以提高分析精確度,這種破壞式觀察,即使近年影像處理技術進步,仍無法解決長期觀測植物的變化問題。

張簡慶賓說,在做植物表型分析,其特徵必須能精準的從影像中辨識出來,因此,若要長期觀察植物活體,就要克服植物因生長過程,細小的動態變化,因為這種細小變化會導致影像焦距問題產生誤差。

海博特也改良過去掃描式攝影鏡頭,以雙鏡頭設計,拍攝後再透過自行開發自動校正演算法軟體,可使影像更立體,品質更清晰。

一葉知千秋 高光譜訊息破解肉眼看不到植物密碼

克服了植物活體培養與連續拍攝問題,海博特也導入多光譜成像技術,該分析儀可於 20 秒完成16 個不同波段的光譜拍攝,也可切換不同光譜結果,觀察植物差異與生長變化。

張簡慶賓形容,高光譜影像資訊就像將各點「光譜」轉化成「知識」訊息,亦如唐代詩人王維其詩被蘇軾評價為「詩中有畫,畫中有詩」的意境。

張簡慶賓解釋,人類的眼睛可以感受到周遭事物的顏色變化,是因為太陽光照射到物體後,部分光線被吸收,但有些光線會經物體表面反射到人眼,就像葉子的葉綠素可以吸收大部分的可見光,反射較多的綠色光,使樹葉呈現綠色。

他也表示,因為人眼可見的光範圍有限,植物在病變、蟲害上可能會出現肉眼無法辨識的波長變化,即使同樣為蔬菜,其病害的波長數據表現也有所不同,這種波長變化會透露植物生長不同含意。

目前該系統也應用作物健康期以及病徵期、植物脅迫生理反應、發芽率等植物表型分析與物種鑑別。除了活體作物分析,張簡慶賓說,只要與吸收光有關都可以使用,例如牛肉、魚肉品質測試,很適合外銷時產品抽樣檢測。

技術獲德國大廠 LemnaTec 青睞 以雙品牌行銷

海博特技術也被德國植物表型測量技術大廠LemnaTec看中,一同掛上海博特,以雙品牌方式來行銷。張簡慶賓表示,在未合作前,LemnaTec 其實不認為臺灣有能力發展這樣的產品,甚至要說服海博特代理他們的產品,但經過多次來臺交流,深感臺灣技術成熟與產業鏈優勢,反而邀請海博特合作推出雙品牌產品。

>>本文節錄自《環球生技月刊》Vol. 74

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