محلل الطماطم : تطبيق برامج مفيدة لجمع بيانات دقيقة ومفصلة المورفولوجية واللونية من ثنائي الأبعاد كائنات

لاستخدام محلل الطماطم، يتم تحضير ثمار الطماطم وتقطيعها لجمع صور رقمية. توضع الثمرة على الماسح الضوئي بحيث تكون الجوانب المقطوعة للأسفل، ثم يتم مسحها ضوئياً للحصول على صورة بصيغة JPEG.

بعد ذلك، يتم عرض الصور وتحليلها باستخدام برنامج تحليل الطماطم. يتم حساب جميع قياسات شكل الثمار بناءً على حدود الثمار التي يتعرف عليها البرنامج، بينما صُممت وحدة اختبار اللون لقياس معايير اللون داخل تلك الحدود. وفي النهاية، يتم تصدير البيانات إلى ملف Excel بنمط الدفعات لأكثر من 100 صورة في المرة الواحدة أو كصور فردية.

مرحباً، أنا إستيفان دينا، عضو هيئة التدريس في قسم البستنة وعلوم المحاصيل بجامعة ولاية أوهايو. أنا ماثيو روبينز من مختبر فرانسيس في قسم البستنة وعلوم المحاصيل بجامعة ولاية أوهايو. أنا غو رودريغيز من... سنعرض لكم اليوم إجراءً لجمع وتحليل بيانات الشكل والحجم واللون لثمار الطماطم باستخدام محلل الطماطم.

نستخدم هذا الإجراء لدراسة مورفولوجيا ولون ثمار الطماطم، لذا فلنبدأ. برنامج مُحلل الطماطم، المختصر بـ TA، هو برنامج حاسوبي يقيس 37 سمة متعلقة بالشكل ثنائي الأبعاد، ويمكنه أيضاً التقاط بيانات اللون بنظام RGB ونظام الفضاء اللوني العالمي L star, A star B star بطريقة شبه أوتوماتيكية وقابلة للتكرار. هنا، يُستخدم برنامج TA مع الصور الممسوحة ضوئياً لثمار الطماطم.

لبدء هذا الإجراء، تأكد من أن الفاكهة نظيفة وجافة. إذا كانت الفاكهة لحمية، فتأكد من أنها ليست ناضجة بشكل مفرط لأن الليونة قد تؤدي إلى تشوه الشكل عند تقطيع الفاكهة. ومن أجل قياس مدى تسطح أو استطالة الفاكهة ولقياس جميع السمات باستثناء تلك المدرجة تحت فئة المقطع العرضي (latitudinal section)، استخدم سكيناً مسنناً أو شفرة حلاقة جديدة لقطع الفاكهة طولياً عبر المركز لقياس سمك الغلاف الثمري (peri carp)، وبالنسبة لجميع السمات المدرجة تحت فئة المقطع العرضي، بالإضافة إلى بعض السمات المدرجة تحت القياس الأساسي والقياس المورفولوجي، يتم قطع الفاكهة عرضياً.

يمكن تطبيق تحليل اللون على الثمار المقطوعة طولياً أو عرضياً، بالإضافة إلى أي مقاطع أخرى مصممة لإبراز سمات محددة. وأخيراً، جفف الجزء الداخلي من الثمرة عن طريق التربيت بمناديل ورقية أو مناشف ورقية. إذا كانت الثمرة غنية جداً بالعصارة، تصبح الثمرة المقطوعة الآن جاهزة لعملية جمع الصور.

لإجراء تحليل عالي الإنتاجية، من الضروري مسح ثمار من نبات واحد أو طراز جيني واحد فقط في المرة الواحدة، ومسح الثمار المقطوعة إما طوليًا أو عرضيًا، وتجنب خلط النوعين في عملية مسح واحدة. ابدأ بوضع الثمار المقطوعة على الماسح الضوئي بحيث يكون الجانب المقطوع للأسفل بعناية ودقة. ضع الثمار على الماسح الضوئي متقاربة ولكن دون أن تتلامس.

كلما كان محاذاة الأجسام أفضل مع تقليل المساحات الفارغة الكبيرة بينها، قلّت الحاجة إلى التعديل اليدوي باستخدام برامج التصوير مثل Adobe Photoshop. وقبل تحليل الثمار في ta، ضع مسطرة فوق الثمار المستخدمة للتحقق من اختيار دقة المسح الصحيحة، وهو أمر ضروري للقياس الدقيق لخصائص الثمار. ضع ملصقاً أسفل الثمار للتحقق من تسمية الملف بشكل صحيح.

بما أن برنامج TA يستخدم دقة الصورة لقياس الحجم بدقة، فإن الاختيار الصحيح لدقة المسح يعد أمراً هاماً؛ وكقاعدة عامة، يتم المسح بدقة 300 DPI للأجسام التي يتراوح حجمها بين سنتيمتر واحد وثمانية سنتيمترات. أما بالنسبة للأجسام التي يزيد حجمها عن ثمانية سنتيمترات، فيتم المسح بدقة 100 DPI، وبالنسبة للأجسام الصغيرة جداً مثل البذور، يتم المسح بدقة 750 DPI أو أعلى.

بالنسبة للتحليل الدفعي حيث لا يكون حجم الثمار متغيراً بشكل كبير بين النباتات المختلفة، اختر إعداداً واحداً لدقة الماسح الضوئي لجميع الصور التي سيتم جمعها للتجربة نفسها. كما يجب ضبط حجم الصورة المخرجة عند أعلى عدد من الألوان المتاحة في برنامج الماسح الضوئي. قم بتوفير خلفية داكنة للأجسام عن طريق وضع صندوق من الورق المقوى فوق شاشة الماسح الضوئي أو فوقها.

تمنع الخلفية السوداء أو الداكنة جدًا تكون الظلال التي قد تتدخل في عملية التحليل. من شأن الخلفية البيضاء أن تتسبب في تعطل برنامج TA، حيث إنه مُحسَّن للاستخدام مع خلفية داكنة. كما قد يتعرف مسح البرنامج على انعكاس الضوء والخلفية.

بعد المسح الأولي للثمرة، تم قص الصورة قبل حفظها لتجنب وجود مساحات فارغة كبيرة. وإذا لم يتم قص الصورة في هذه المرحلة، فيجب قصها باستخدام برنامج تصوير مثل Adobe Photoshop قبل تحليلها بواسطة ta. احفظ الصورة الممسوحة ضوئياً كملف JPEG للتحليل اللوني، والذي يتضمن تحويل قيم RGB إلى معايير L* وA* وB*، مع معايرة الماسح الضوئي باستخدام لوحة التحقق من الألوان (color checker) التي تم إعدادها مسبقاً.

يتم هنا استخدام لوحة تدقيق ألوان مخصصة تمثل نطاق الألوان الموجودة في الصور المستهدفة. ويمكن استخدام لوحة تدقيق ألوان قياسية أيضاً. قم بمسح لوحة تدقيق الألوان أثناء عملية مسح الفواكه.

احفظ مسح لوحة تدقيق الألوان في المجلد نفسه الذي يحتوي على صور الفاكهة الممسوحة ضوئيًا. تعد المعايرة ضرورية لأن الماسحات الضوئية قد تختلف في كيفية التقاط الصور وتفسيرها. تسمح معايرة ألوان RGB بالتحويل إلى مساحة ألوان عالمية للمضي قدمًا في تحليل الصور.

يتطلب برنامج Tomato analyzer الإصدار 2.200 نظام تشغيل Windows الإصدار 2000 أو إصداراً أحدث، ويمكن تحميله من موقعنا الإلكتروني. كما يتوفر دليل المستخدم ودليل اختبار الألوان على الموقع نفسه لضمان حفظ الصور الأصلية في المجلد ذاته الذي تُحفظ فيه الصور المعدلة الناتجة عن تطبيق TA. ضع المجلد الذي يحتوي على الصور الأصلية على القرص الصلب، وليس في مجلد My Documents أو على خادم عن بُعد.

قم بتشغيل برنامج TA. أولاً، حدد الـ DPI ووحدات القياس من قائمة الإعدادات عبر اختيار scanner DPI. يجب أن يكون إعداد الـ DPI متطابقاً مع ملفات الصور لضمان دقة قياسات الحجم.

تحدد الوحدات المستخدمة في مربع الحوار وحدات مخرجات البيانات. وفي مربع الحوار ذاته، يمكن ضبط السطوع إذا لزم الأمر عندما تكون الأجسام داكنة نسبيًا. بعد ذلك، اختر السمات المراد قياسها من قائمة الإعدادات عن طريق تحديد "حفظ القياس" (measurement saved).

تم تجميع السمات في 10 فئات تبدأ من القياسات الأساسية وصولاً إلى القياسات المورفومترية. يمكن للمستخدم اختيار أو إلغاء اختيار سمات فردية أو مجموعة قياس كاملة من خلال النقر فوق المجموعة أو السمة. كما يمكن إظهار جميع سمات مجموعة القياس بالنقر فوق علامة الزائد.

تُعرض السمات المختارة حسب الفئة في النافذة الموجودة في الزاوية السفلية اليمنى من الشاشة. بعد ضبط دقة الإدخال ووحدات المخرجات واختيار السمات المراد تحليلها، انقر فوق زر فتح الصورة واختيار ملف الصورة. ستظهر الصورة المختارة في النافذة اليسرى من مربع الحوار المنبثق.

لتحليل الصورة المفتوحة، انقر فوق زر التحليل. عند الانتهاء، سيتم تحديد محيط كل ثمرة بخط أصفر وتُعرض البيانات في نافذة البيانات الموجودة أسفل اليمين. لاحظ أن بيانات اللون لا تظهر في هذه النافذة.

يقوم البرنامج تلقائياً بإلغاء تحديد الكائنات الكبيرة جداً أو الصغيرة جداً مثل المسطرة أو الملصق. يتم تمييز الكائنات التي أُلغي تحديدها بخط أزرق. استخدم المسطرة للتأكد من اختيار الوحدات والدقة بشكل صحيح.

من خلال المقارنة مع قياسات الطول والعرض، يمكن إلغاء تحديد ثمار إضافية عن طريق النقر بزر الفأرة الأيمن على صورتها فقط. العناصر المحددة باللون الأصفر تظهر في نافذة البيانات، بينما العناصر المصدرة المحددة باللون الأزرق لا يتم تضمينها في التحليلات. ويمكن عرض الكائنات الفردية في النافذة العلوية اليمنى عن طريق النقر عليها بزر الفأرة الأيسر.

تتوافق البيانات الموجودة في نافذة البيانات أسفل اليمين مع كائن محدد في الصورة، وتُعرض بنفس ترتيب الكائنات الموجودة في الصورة. يعرض الصف الأول القيم الخاصة بالكائن الموجود في الزاوية العلوية اليسرى، بينما يعرض صف البيانات الأخير القيم الخاصة بالكائن الموجود في الزاوية السفلية اليمنى من الصورة. وبالإضافة إلى إمكانية النقر فوق ثمرة ما لتمييز صف البيانات المقابل لها، يمكن للمستخدم النقر فوق صف ما لعرض الثمرة المقابلة له في النافذة العلوية على اليمين.

من خلال النقر على تبويب السمات (attribute) في النافذة السفلية اليمنى، يمكن عرض كيفية قياس السمة لكل ثمرة على حدة. على سبيل المثال، عند النقر على "زاوية الطرف القاصي" (distal end angle)، ستظهر الزوايا الموجودة على الثمرة في النافذة اليسرى والتي سيقوم البرنامج بقياسها. وتعد هذه الميزة مفيدة جداً عند تحديد الأجسام التي تتطلب ضبطاً يدوياً.

للحصول على قياسات أكثر دقة، يؤدي النقر على الزر المراجع إلى إظهار التعديلات اليدوية التي يمكن إجراؤها في التطبيق. فيما يلي بعض التعديلات اليدوية الأكثر استخداماً. أولاً، انقر بزر الماوس الأيسر فوق كائن في صورة النافذة اليسرى إذا كان يتطلب تعديلاً يدوياً.

إذا كانت الحدود تحتاج إلى تعديل، فقم بتعديل هذه الميزة أولاً من خلال تحديد الحدود. من القائمة المنسدلة لزر المراجعة، اختر موقع الحدود المراد تعديله عن طريق النقر بزر الفأرة الأيسر على نقطة البداية ونقطة النهاية للحدود غير الصحيحة. ونتيجة لذلك، سيتم إزالة الحدود المحددة.

لإضافة حد جديد، انقر بزر الماوس الأيسر من نقطة البداية باتجاه نقطة النهاية، واستمر في النقر لتتبع المخطط المطلوب. لتأكيد الحد الجديد، اضغط على مفتاح enter. وخلاف ذلك، اضغط على مفتاح escape لإلغاء هذه العملية.

ستتطلب الكائنات التي تحتاج إلى تدوير إجراء تعديلات بعد تحديد الحدود، ولكن قبل التعديلات اليدوية المتبقية؛ انقر فوق الفاكهة المناسبة في النافذة اليسرى. انقر فوق السهم الموجود بجانب زر التعديل (revised) واختر "تدوير" (rotate) من القائمة المنسدلة، وسيظهر المحور في النافذة العلوية اليمنى. اسحب المربع الأخضر الموجود في نهاية المحور وستدور الفاكهة وفقاً لذلك.

اضغط على مفتاح enter لإنهاء هذا الضبط. تتوفر تعديلات يدوية أخرى. يمكن العثور على التعليمات في البروتوكول المكتوب المرفق.

بالنسبة لبعض السمات مثل الزوايا والكتلية، حدد الإعدادات التي يجب إجراء القياس عندها. يمكن حساب الزوايا في مواقع مختلفة من أطراف الثمرة. يمكن اختيار هذه الإعدادات من قائمة الإعدادات.

يتم حساب درجة التكتل (Blockiness) كنسبة عرض الثمرة عند جزء محدد من قبل المستخدم من الارتفاع، بحيث يكون هذا الجزء هو الأقرب إلى الطرف القاصي أو الداني، إلى العرض المتوسط. وبالنسبة لاختبار اللون، يجب معايرة الماسح الضوئي؛ أولاً، افتح صورة فاحص الألوان الممسوحة ضوئياً وقم بتحليلها بنفس الطريقة التي تم توضيحها للثمرة.

لجمع قيم L star وA star وB star، تأكد من أن برنامج TA يتعرف على كل رقعة ككائن للتحليل محدد بحدود صفراء. في حال استخدام لوحة فحص ألوان قياسية، قد لا يتمكن البرنامج من التعرف على المساحات الداكنة، ولن يتم تضمين هذه الألوان في عملية المعايرة.

يمكن تحسين التعرف على العينة عن طريق تغيير السطوع تحت خيار DPI في الماسح الضوئي من قائمة الإعدادات. بعد ذلك، ومن قائمة الإعدادات، اختر اختبار اللون (color test) للمعايرة. يجب استخدام الإعدادات الافتراضية عند ظهور مربع الحوار.

تأكد من ضبط قيم التصحيح على واحد للميل في المربعات اليسرى وصفر للمقطع الصادي في المربعات اليمنى. يجب ضبط الحد الأدنى للقيمة الزرقاء على صفر، ويمكن تجاهل المعلمتين الأولى والثانية. الآن، انقر على زر التحليل (analyze) داخل مربع حوار اختبار اللون.

تظهر نافذة جديدة لحفظ المخرجات في مستند Excel. حدد اسم ملف البيانات والدليل الخاص به. سيحتوي ملف بيانات المخرجات على قيم RGB، وقيم star ASTAR B، وحسابات HU والكروميا (chroma).

لكل رقعة لونية، قم برسم قيم L* A* B* لكل رقعة مقابل القيم المرجعية لـ L* و A* و B*، والتي تتوفر من الشركة المصنعة لمرجع الألوان أو في البروتوكول المكتوب المرفق. حدد معادلة الانحدار وسجل الميل وتقاطع محور y لكل معلمة. في مربع حوار اختبار الألوان، أدخل مقلوب الميل وعكس إشارة قيمة تقاطع محور y.

بالنسبة لـ L star و A star و B star، ستُستخدم هذه القيم كقيم تصحيح لإعدادات اختبار اللون. في مربع الحوار هذا، اضبط القيمة الدنيا للون الأزرق على 30 لثمار الطماطم.

إذا كانت الثمار أصغر من ثلاثة سنتيمترات، فقم بضبط القيمة الزرقاء الدنيا على 20. قد يلزم تعديل هذه القيمة إذا واجه برنامج TA صعوبة في تحديد الحدود الصحيحة أو عند تحليل أجسام أخرى غير ثمار الطماطم. كما يتيح اختبار اللون للمستخدم تحديد مَعلمين يوضحان النسبة المئوية للبكسلات التي تقع ضمن نطاقات محددة.

لتحليل الطماطم، تم تعيين القيم الدنيا والعليا للمعلمة الأولى عند 70 و100 على التوالي، وهو ما يتوافق مع اللونين الأصفر والأخضر غير المرغوب فيهما للبذرة. لون اللب الأصفر. كما تم تعيين القيم الدنيا والعليا للمعلمة الثانية عند صفر و50 على التوالي.

تتوافق هذه القيم مع اللون الأحمر المطلوب. احفظ إعدادات هذه القيم، حيث سيتم تطبيقها بعد ذلك على جميع الصور التي يتم تحليلها حتى إغلاق البرنامج.

بالنسبة للصور الممسوحة ضوئيًا، اختر خيار Illuminate C بزاوية درجتين وليس خيار Illuminate D 65 بزاوية 10 درجات، والذي يُطبق فقط على الصور التي تم التقاطها في الضوء الطبيعي بعد المعايرة. قم بتحليل صور الفاكهة من حيث اللون بعد إجراء التعديلات اليدوية على الصورة وتحليل الصور بواسطة TA كما هو مفصل في البروتوكول المكتوب المرفق. انقر على زر حفظ الفاكهة.

يتم حفظ جميع المعلومات الحالية، بما في ذلك التعديلات اليدوية والكائنات التي تم إلغاء تحديدها، في ملف جديد يحمل نفس اسم الصورة الأصلية ولكن بامتداد TMT. وللعودة إلى ملف الصورة الأصلي دون أي من التعديلات، ما عليك سوى حذف ملف TMT المرتبط بها. بدلاً من ذلك، اختر "تحليل" (analyze) وأعد تحليل الصورة الأصلية.

ومع ذلك، يرجى ملاحظة أن أي ملف TMT يحمل الاسم نفسه للصورة الممسوحة ضوئياً يظل مرتبطاً بالصورة الأصلية ما لم يتم استبداله لحفظ التغييرات. قم بتصدير البيانات عن طريق تحديد زر التصدير، حيث يتم تصدير البيانات إلى ملف Excel. وتُعرض قيم السمات لكل ثمرة، بالإضافة إلى المتوسط والانحراف المعياري.

تتيح وظيفة التحليل الدفعي تصدير قيم السمات من صورتين أو أكثر. ابدأ التحليل الدفعي بالنقر على زر فتح الصورة. حدد ملفات الصور المراد تحليلها دفعياً.

يتم تحديد ملفات متعددة باستخدام مفتاح shift أو control أثناء تحديد الملفات الإضافية. بعد تحديد الملفات، انقر فوق مفتاح الفتح، حيث يمكن حينئذٍ اختيار نوع مخرجات تحليل الدفعة: المتوسط فقط، أو المتوسط والانحراف المعياري، أو القياسات الفردية لكل صورة.

اختر اسماً لملف Excel الذي سيتم إنشاؤه ثم انقر على مفتاح الحفظ. سيقوم البرنامج بفتح الملفات تلقائياً والبدء في التحليل الدفعي. وفي حال تم تحليل ملفات الصور وحفظها مسبقاً بواسطة ta، فسيتم فتح ملفات TMT المحفوظة لإجراء التحليل الدفعي.

إذا لم يتم تحليل الملفات مسبقاً، يقوم البرنامج بتحليل الصور دون الحاجة إلى تعديلات يدوية أو تحديدات DES، ويمكن لـ TA إجراء تحليل دفعي لما لا يقل عن 100 صورة بدقة 600 DPI. كما يمكن استخدام التحليل الدفعي لاختبار اللون، حيث يمكن تحليل ما يصل إلى 100 صورة للفاكهة في دفعة واحدة، وذلك اعتماداً على مواصفات أجهزة الكمبيوتر. افتح خيار اختبار اللون من قائمة الإعدادات.

قم بتفعيل خيار تحليل الدفعات (batch analysis) ثم انقر على تحليل (analyze). ستظهر نافذة جديدة لاختيار الصور المراد تحليلها. وفي النافذة التالية، حدد الاسم والدليل الخاص بملف البيانات.

انقر على حفظ لتبدأ عملية التحليل الدفعي لاختبار اللون. تظهر هنا نتائج الشكل واللون لصورتين تمثلان التباين في الطماطم. تظهر ملفات المخرجات لكلتا الصورتين على اليمين، حيث تعرض قيم العديد من سمات الشكل واللون لكل ثمرة.

تظهر نتائج تحليل الدفعة في ملف المخرجات هذا، حيث تعرض قيم متوسط سمات الشكل والانحراف المعياري لـ 10 أصناف من الطماطم. تحتوي مخرجات تحليل الألوان لتحليل الدفعة على متوسط قيم اللون لكل ثمرة، بالإضافة إلى معاملات أخرى. لقد عرضنا لكم للتو كيفية جمع صور ثمار الطماطم وتحليلها باستخدام الميزات الأكثر شيوعاً المتاحة في برنامج tomato analyzer.

على الرغم من تطوير هذا البرنامج لتحليل ثمار الطماطم، إلا أنه يمكن استخدامه أيضاً لتحليل أعضاء نباتية أخرى، بما في ذلك الأوراق والبذور، وكذلك الطماطم وأنواع نباتية أخرى. هذا كل شيء. شكراً للمشاهدة وبالتوفيق في تجربتكم.