Système d'imagerie numérique pour le phénotypage des plantes à haut débit utilisant des ordinateurs Raspberry Pi

Citation

Singh, K.D., Natarajan, M., Gill, K., Ravichandran, P., Wang. H., and Geddes, C.M., "Système d'imagerie numérique pour le phénotypage des plantes à haut débit utilisant des ordinateurs Raspberry Pi ", 13e atelier sur le traitement des images hyperspectrales et des signaux : évolution de la télédétection (WHISPERS, IEEE), Athènes, Grèce, Oct.-Nov. 2023, https://doi.org/10.1109/WHISPERS61460.2023.10430815

Résumé en langage clair

L'expérience proposée et les différences dans les traits phénotypiques ont été utilisées pour quantifier l'effet des traitements comparatifs sur la croissance des plantes expérimentales. La différence d'indice de verdure (GLI) des plantes stressées (sensibles) par rapport à leur témoin non traité est significativement plus élevée que celle des plantes saines (résistantes). Les résultats sont également cohérents avec les évaluations visuelles effectuées par les chercheurs les mêmes jours après le traitement. Le système d'imagerie RPi à faible coût permet aux chercheurs d'accéder à des caractéristiques végétales précieuses, tout en augmentant l'efficacité et la productivité de leurs mesures en éliminant les dépenses plus importantes dans l'équipement de phénotypage commercial. Le pipeline de traitement d'images open source a été utilisé avec succès pour traiter les images afin de distinguer les plantes expérimentales en analysant la phénologie morphométrique et les caractéristiques physiologiques. La disponibilité des bibliothèques GitHub nécessaires à l'exécution de ces analyses et la répétabilité de cette expérience avec des populations de plantes plus importantes sont possibles. Ce système peut atténuer les méthodes à forte intensité de main-d'œuvre pour surveiller de manière autonome la croissance des plantes au fil du temps. La méthodologie développée suggère que le système d'imagerie numérique à faible coût peut être intégré à l'internet pour faciliter l'internet des objets (IoT). Le système de capteurs basé sur l'IdO pourrait aider les sélectionneurs de plantes et les agronomes à prendre des décisions éclairées et à surveiller la santé des cultures en temps réel avec une grande précision.

Résumé

Les capteurs d'imagerie numérique peuvent remplir diverses fonctions en utilisant le phénotypage à haut débit (HTP). La plateforme HTP, qui utilise des capteurs avancés, facilite la collecte de données plus robustes et plus efficaces que le phénotypage conventionnel. Elle permet une mesure précise, rapide et non destructive de la morphométrie des plantes et des paramètres physiologiques représentant la santé des plantes. En combinant des systèmes de détection intelligents, il est possible de caractériser les paramètres de croissance des cultures à haute résolution spatiale, spectrale et temporelle. Au cours de cette étude, nous avons constaté que le développement d'un système de capteurs basé sur l'Internet des objets (IoT) utilisant des ordinateurs Raspberry Pi (RPi) à faible coût (<300 $) pourrait aider les sélectionneurs de plantes et les agronomes sur le terrain à surveiller les caractéristiques des plantes au fil du temps. Son utilité a été démontrée en utilisant des plants de kochia (Bassia scoparia) comme espèce adventice modèle. Les principaux traits phénotypiques étudiés à l'aide d'installations d'imagerie intérieure basées sur un RPi comprennent la couverture végétale, la structure de la canopée, la densité des plantes, la surface foliaire et la verdeur du feuillage. L'installation utilisée pour capturer les images était nettement moins chère que les autres solutions. Avec les progrès de l'IdO, il est nécessaire de transférer les outils et méthodologies développés pour qu'ils soient adoptés par les programmes de sélection et l'industrie de l'agriculture de précision.