การวัดปริมาณคลอโรฟิลล์อย่างแม่นยำด้วยการถ่ายภาพไฮเปอร์สเปกตรัม

แชร์หน้านี้

             คลอโรฟิลล์เป็นรงควัตถุหรือเม็ดสีที่สำคัญของพืชที่ดูดซับพลังงานจากแสงเพื่อใช้ในการสังเคราะห์แสง พืชที่มีสุขภาพดีโดยทั่วไปจะมีปริมาณคลอโรฟิลล์สูง และปริมาณจะมีแนวโน้มลดลงเมื่อช่วงอายุของใบเพิ่มขึ้นหรือเมื่อพืชอยู่ภายใต้ความเครียด[1] ดังนั้น เราจึงมักใช้ภาพถ่ายไฮเปอร์สเปกตรัมเพื่อตรวจสอบและศึกษาความสมบูรณ์ สุขภาพและการเจริญเติบโตของพืช เช่น ความเครียด ภาวะโภชนาการของพืช เป็นต้น นอกจากนี้ คลอโรฟิลล์ยังสามารถใช้เป็นตัวบ่งชี้ทางอ้อมของธาตุไนโตรเจน ซึ่งเป็นพารามิเตอร์สำคัญที่ใช้กันทั่วไปในการบริหารจัดการทางการเกษตรเพื่อให้ได้ผลผลิตสูงสุด

วิธีดั้งเดิมในการตรวจวัดปริมาณคลอโรฟิลล์คือ วิธีทางเคมีซึ่งต้องทำในห้องปฏิบัติการ โดยมีขั้นตอนเกี่ยวข้องกับการเก็บเกี่ยวใบจากพืชตัวอย่างและการสกัดคลอโรฟิลล์โดยใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ หลังจากนั้นจะใช้ HPLC โครมาโตกราฟี เพื่อวิเคราะห์ปริมาณคลอโรฟิลล์ วิธีนี้มีค่าใช้จ่ายสูง ใช้เวลานาน และเกี่ยวข้องกับขั้นตอนการสกัดที่ยุ่งยาก ซึ่งทำลายใบพืชและไม่สามารถตรวจสอบ ติดตามลักษณะของพืชเมื่อเวลาผ่านไป ในทางตรงกันข้าม ภาพถ่ายไฮเปอร์สเปกตรัม hyperspectral imaging (HSI)[2] เป็นเทคโนโลยีใหม่โดยวัดปริมาณคลอโรฟิลล์แบบไม่ทำลายตัวอย่าง ตรวจวัดรวดเร็ว และเที่ยงตรง

           HSI เป็นการผสมผสานระหว่างการวัดสเปกตรัมและการถ่ายภาพดิจิทัล ด้วยเทคโนโลยี HSI โครงสร้างทางกายภาพของพืช เช่น ใบและลำต้น สามารถรตรวจวัดได้จากเทคนิคการถ่ายภาพดิจิทัล และข้อมูลทางสรีรวิทยาหรือชีวเคมีจากการวัดสเปกตรัม โดยตรวจวัดด้วยช่วงสเปกตรัมที่แคบและต่อเนื่องกันแล้วนำมาเชื่อมต่อกันได้เป็นสเปกตรัมที่สมบูรณ์จำนวนมาก กล้องถ่ายภาพ HSI มีหลากหลายประเภท เช่น แบบสแกนเชิงเส้น (push broom)[3] แบบสแกนเป็นจุด (whisk broom), ถ่ายทั้งภาพ (snapshot) เป็นต้น ในการวิจัยและการใช้งานด้านพืชและการเกษตรจำนวนมากใช้กล้องถ่ายแบบสแกนเชิงเส้นเนื่องจากความเร็วในการใช้งานและได้ข้อมูลคุณภาพสูง

HSI ถูกใช้งานมากขึ้นในหลากหลาย งานวิจัย[4] และ แอปพลิเคชัน[5] โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านพืชผักและเกษตรกรรม ตัวอย่าง เช่น Yu et al. (2016)[6] ใช้กล้อง HSI ในช่วงความยาวคลื่นที่ตามนุษย์มองเห็นได้และอินฟราเรดระยะใกล้ (VNIR) เพื่อประเมินการกระจายคลอโรฟิลล์และค่า SPAD ในใบพริกไทยในแต่ละช่วงอายุของใบ Zhao et al. 2016[7] ใช้ HSI ร่วมกับการวิเคราะห์ทางเคมีในการวัดปริมาณคลอโรฟิลล์และแคโรทีนอยด์ และสร้างแผนภาพการกระจายของรงควัตถุหรือเม็ดสีในใบแตงกวาที่มีการติดเชื้อโรค (ALS)

การดูดซับแสงโดยคลอโรฟิลล์เกิดขึ้นในช่วงความยาวคลื่น ย่านที่ตามนุษย์มองเห็น[8] ระหว่าง 400 ถึง 700 นาโนเมตร ของสเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยเฉพาะสีแดงช่วงความยาวคลื่น (600–700 นาโนเมตร) และสีน้ำเงิน (400–500 นาโนเมตร) คลอโรฟิลล์ดูดซับแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพจนถึงจุดหนึ่งระหว่างบริเวณความยาวคลื่นที่ตามองเห็นและช่วงย่านอินฟราเรดระยะใกล้ (680-730 นาโนเมตร) และช่วงความยาวนี้เรียกว่า red-edge โดยปกติ ข้อมูลจากความยาวคลื่นบริเวณสีน้ำเงินจะไม่ถูกนำมาใช้เพื่อประมาณการคลอโรฟิลล์ เนื่องจากข้อมูลดังกล่าวทับซ้อนกับการดูดกลืนแสงของเม็ดสีแคโรทีน  การสะท้อนแสงที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงความยาวคลื่นสีแดงสามารถบ่งชี้ว่าปริมาณคลอโรฟิลล์มีแนวโน้มลดลง

กล้องถ่ายภาพ HSI สามารถวัดปริมาณคลอโรฟิลล์ในห้องปฏิบัติการ โดยทั่วไปจะทำการถ่ายภาพในห้องมืด (กล่องดำ) เพื่อให้ได้แสงสว่างและสภาวะการวัดที่คงที่ กล้องถ่ายภาพ HSI ถูกจัดวางในตำแหน่งที่จุดต่ำสุด เหนือกระถางต้นไม้ และใช้แผ่นหรือกระเบื้องสีขาวเป็นข้อมูลอ้างอิงการสะท้อนแสง ในขั้นตอนการสแกนภาพเชิงเส้นด้วยกล้องถ่ายภาพ HSI จะใช้มอเตอร์หรือสายพานลำเลียงในการเคลื่อนพืชในกระถางเพื่อสร้างการเคลื่อนไหวและแสดงภาพตัวอย่างทั้งหมด ระบบแหล่งแสง (โดยทั่วไปคือหลอดฮาโลเจน) อยู่ในตำแหน่งที่มุม 45° เพื่อให้แสงสว่างในมุมมองของกล้อง

ภาพประกอบของการติดตั้งระบบการถ่ายภาพด้วยไฮเปอร์สเปกตรัมในห้องปฏิบัติการ

Specim IQ[9] เป็นกล้องถ่ายภาพ HSI สแกนเชิงเส้น แบบพกพา มาพร้อมกับหน้าจอสัมผัสและกราฟิกการใช้งานที่เรียบง่าย การทำงานคล้ายกับการใช้งานกล้องดิจิตอลและต้องการการป้อนข้อมูลจากผู้ใช้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น มาพร้อมกับความสามารถในการสแกนภายในโดยไม่ต้องการให้กล้องหรือวัตถุที่ถ่ายภาพเคลื่อนไหวระหว่างการวัด

Specim IQ สามารถบันทึกข้อมูลไฮเปอร์สเปกตรัมในช่วง VNIR (400-1000 นาโนเมตร) และแสดงผลการวัดเป็นผลลัพธ์เป็นภาพการจำแนกประเภทที่ต้องการทันทีบนหน้าจอแสดงผล นอกจากนี้ยังมาพร้อมกับความสามารถในการประมวลผลออนบอร์ดที่ช่วยให้ผู้ใช้สามารถพัฒนาและดาวน์โหลดแอพพลิเคชั่นผ่านซอฟต์แวร์ Specim IQ Studio

Specim IQ เป็นนวัตกรรมใหม่ถูกนำมาใช้ใน   การวิจัย[10] การเกษตรและพืชผักต่าง ๆ เช่นการหาปริมาณการติดเชื้อราแป้งในข้าวบาร์เลย์และการศึกษาการกลายพันธุ์ของ Arabidopsis Thaliana ในสภาวะพืชที่มีความเครียดและปราศจากเครียด

    หากต้องการความช่วยเหลือในการพัฒนาและกระบวนการจัดการสีและแสงของคุณหรือพูดคุยกับผู้เชี่ยวชาญด้านสีและแสงของเรา 

    ให้เราช่วยคุณในการเลือกวิธีการและเครื่องมือที่เหมาะสมสำหรับความต้องการในการวัดของคุณสามารถติดต่อเพื่อข้อมูลหรือคำแนะในการกำหนดขั้นตอนการวัดค่าสีและแสงเพิ่มเติมได้ที่

ได้ที่อีเมล [email protected]

เบอร์ 02-361-3730 หรือ 092-384-4664 

Line : https://lin.ee/6cpcTtD หรือสแกน QR code ด้านข้างนี้ค่ะ

สามารถติดตามช่องYoutubeของเราเพื่อรับชมวิดีโอการสาธิตเครื่องมือ และการแนะนำการแก้ปัญหาเกี่ยวกับเครื่องวัดสี