在植物生理學(xué)、生態(tài)學(xué)、農(nóng)業(yè)科研與環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，根系作為植物吸收水分與養(yǎng)分、固定植株、響應(yīng)環(huán)境變化的地下器官，其形態(tài)結(jié)構(gòu)與生理功能直接影響植物生長與生態(tài)系統(tǒng)健康。傳統(tǒng)根系研究依賴破壞性取樣，耗時費(fèi)力且難以連續(xù)觀測。而
根系掃描儀的出現(xiàn)，實現(xiàn)了對根系無損、高通量、數(shù)字化的精準(zhǔn)分析。
根系掃描儀集光學(xué)成像、機(jī)械控制與智能分析于一體，其各部件協(xié)同工作，揭示地下生命的奧秘。
一、掃描平臺
掃描平臺是儀器的機(jī)械基礎(chǔ)，確保掃描過程平穩(wěn)、精準(zhǔn)。
1、高精度導(dǎo)軌與步進(jìn)電機(jī)：
采用直線導(dǎo)軌與伺服或步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，實現(xiàn)掃描頭沿X軸或Y軸的勻速、低振動移動，步進(jìn)精度可達(dá)微米級，避免圖像模糊或拼接錯位。
2、透光平臺（掃描床）：
通常為高強(qiáng)度玻璃或亞克力材質(zhì)，透光性好、耐磨、耐壓，可承載土壤、根墊或根箱，確保光線均勻穿透樣本。
二、成像系統(tǒng)
成像系統(tǒng)是根系信息的直接采集單元，決定圖像質(zhì)量與分析精度。
1、高分辨率掃描儀：
采用CCD（電荷耦合器件）或CIS（接觸式圖像傳感器），光學(xué)分辨率通常≥2400dpi，可清晰捕捉細(xì)至0.01mm的根系分支與須根。
2、光源系統(tǒng)：
冷光源（如LED燈）提供均勻、無熱輻射的照明，避免根系受熱損傷。
可調(diào)節(jié)亮度與角度，適應(yīng)不同樣本（如濕潤土壤、透明培養(yǎng)皿）的透射或反射成像需求。
3、彩色成像能力：
支持24位真彩色掃描，可區(qū)分活根（白色或淺色）與死根（褐色或黑色），輔助根系活力評估。
三、樣本處理裝置
為提升圖像質(zhì)量，部分型號配備專用樣本處理組件。
1、根系清洗裝置（可選）：
高壓噴淋或超聲波清洗系統(tǒng)，可自動或半自動清除根系表面土壤，減少雜質(zhì)干擾，提高分割精度。
2、根系固定框/托盤：
用于平整擺放根系，防止重疊或扭曲，確保掃描時根系處于最佳觀測姿態(tài)。
四、控制系統(tǒng)與軟件
1、主控單元：
集成掃描指令發(fā)送、電機(jī)控制、圖像采集與傳輸功能，確保硬件協(xié)同運(yùn)行。
2、專業(yè)分析軟件：
如WinRHIZO、RootNav等，具備以下核心功能：
圖像預(yù)處理：自動去噪、增強(qiáng)對比度、校正畸變。
根系分割：利用閾值、邊緣檢測等算法，將根系從背景中精確分離。
參數(shù)計算：自動測量總長度、表面積、平均直徑、體積、分支數(shù)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等數(shù)十項形態(tài)學(xué)參數(shù)。
數(shù)據(jù)導(dǎo)出：支持Excel、CSV等格式，便于統(tǒng)計分析與可視化。
五、輔助系統(tǒng)
1、計算機(jī)與顯示器：
運(yùn)行控制與分析軟件，實時顯示掃描圖像與處理結(jié)果。
2、電源與穩(wěn)壓裝置：
提供穩(wěn)定電力，防止電壓波動影響掃描精度。
3、防塵罩與遮光簾：
防止環(huán)境光干擾與灰塵落入掃描區(qū)，確保成像一致性。
