方法文章

植物冷冻三维红外视频制作协议

DOI：

10.3791/58025

⸱

2018年9月12日

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1United States Department of Agriculture and North Carolina State University, 2Department of Horticulture Sciences, North Carolina State University

本文内容

摘要

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在这里, 我们提出一个协议, 以图像的草莓植物冻结在3维度。两个红外摄像机定位在略微不同的角度被用来产生一个红蓝浮雕视频, 以观察冷冻的植物在3维度。

摘要

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植物中的冰冻可以用红外线 (IR) 热成像来监测, 因为当水结冰时, 它会发出热量。然而, 色彩对比的问题使得2维 (2D) 红外图像难以解释。在3维度 (3D) 中查看红外图像或植物的视频可以更准确地识别冰核的位置, 以及冻结的进展。在本文中, 我们展示了一个相对简单的方法来生产一个3D 红外视频的草莓植物冷冻。草莓是一种经济上重要的作物, 在世界许多地区遭受意想不到的春季冰冻事件。准确了解草莓冷冻将为育种者和种植者提供更经济的方法, 以防止在冰冻条件下对植物造成任何损害。

该技术涉及两个红外摄像机的定位, 在略微不同的角度, 以拍摄草莓冷冻。两个视频流将精确地同步使用屏幕捕获软件, 同时记录两个摄像头。录音将被导入到成像软件中, 并使用浮雕技术进行处理。使用红蓝色的眼镜, 3D 视频将使其更容易确定的精确地点的冰核在叶片表面。

引言

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尽管生活在一个三物理维度的世界, 研究人员通常只限于在2D 中报告视觉观察。虽然2D 图像通常足以传达重要信息, 但这种缺乏深度的信息限制了我们感知和理解真实世界物体的复杂性的能力。1

这一缺乏的深度信息提供了一个动机, 以产生3D 视频主要是在商业电影行业, 因为早期的 1900s1。然而, 在静止图像和视频中生成清晰的3D 信息, 由于生成这些图像所涉及的复杂性而受到阻碍。最简单的生成3D 胶片的方法是基于立体摄影的原理。立体摄影利用两个相同物体的图像, 从略微不同的角度, 在大脑中传递3D 图像。为了使这成为可能, 每只眼睛必须只看它各自的图像 (即左眼在左图和右眼在正确的图像)。因为眼睛不会自然地做这, 立体头饰设计使这成为可能1。在3D 胶片的开发过程中, 采用了几种立体视觉技术, 以及偏振交错、时间复用和头贴显示技术, 但采用红绿 (或青色) 的颜色交错或浮雕方法。眼镜是最简单和最便宜的技术之一。有关3D 成像和所涉及的各种技术的全面审查, 请参阅耿1的评论。

利用红外热像仪对植物中的冰冻进行监测是基于水结冰时, 必须放弃内部能量2的原理。这种能量是以热的....

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方案

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1. 准备

  1. 收集设备、材料和软件, 记录和处理工厂冷冻的视频。
    1. 通过将电源开关设置为On来启动可编程冰箱, 并将温度设置为0摄氏度。程序冰箱达到-8 °c 在1摄氏度/小时。
  2. 将一个6周大的草莓植物和 2-5 花种植在一个1升的容器中, 放入冰箱中。
  3. 使用紧固带和一小块木头设置2台红外摄像机 (例如FLIR T620 相机), 以产生正确的透镜会聚角。
    注: 最佳距离空间的镜头中心的2相机通常被认为是相同的距离之间的眼睛1或约7厘米。
  4. 安装两个摄像头到一个 10 x 10 cm 实验室杰克和位置的杰克在冰箱足够接近的植物, 让图像集中。垂直和水平调整相机, 使同一部分的植物是可见的两个摄像头。使用插孔垂直定位两个摄像头, 这样的方式, 2 图像包含整个植物和土壤的一部分。
  5. 使用 usb 连接器将2摄像头连接到计算机上的 usb 插座。
  6. 将2个/C 插座插入两个摄像头, 以允许对植物进行连续的监测。

2. 记录的计算机和软件设置

  1. 双击红外摄像机软件2x 的图标, 打开2个窗口 (每个照相机的1个窗口)。按照 "帮助" 菜单中的说明, 将左侧的照相机与右窗口中的右摄像头连接。
    注....

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结果

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令人惊讶的是, 草莓植物冷冻的红外视频 (补充视频 1) 表明, 并非所有的叶子/花朵冻结在同一时间。叶子和花朵都在不同的温度下单独冻结, 但树叶比花更早结冰, 温度更高。此外, 冷冻开始于叶子, 但不一定在同一位置上的每一叶。虽然这些结果没有被描述以前在草莓, 相似的结果被发现了在其他植物种类6。一旦树叶结冰, 冰就会沿着叶柄向植物的树冠推进。当冷冻温度变得1或2度更冷时, 花从花萼开始冻结, 迅速地扩散到花瓣和贮器中 (图 1)。容器保持较轻的颜色 (温暖) 比多数其他植物零件, 暗示更多水结冰。

将2D 红外图像与 3D (戴眼镜) 进行比较时, 3D 图像使精确确定叶子和花朵冻结的顺序变得更加容易 (图 1)。在3D 中观看视频时, 确定冻结开始.......

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讨论

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这项协议需要两台红外摄像机, 它们必须针对这个主题, 从稍微不同的角度1。这将要求透镜从 5-8 cm 分开, 但两个必须瞄准在将被摄制的主题的同一个地方。把2相机镜头看成是观众眼中的一种替代品。左摄像头类似左眼和右眼相机。后处理软件将色调的左图像的红色和正确的图像, 以蓝色的颜色, 所以通过穿红蓝眼镜, 左眼只能看到左图像和右眼只有正确的图像。这意味着在记录冻结事件时使用红外摄像机软件的灰度调色板是很重要的。大脑将结合观看者将在 3D1中观察到的2张图像。

该协议的另一个关键步骤是使用屏幕捕获软件同时捕获两个照相机的输出。通过同时捕获两个摄像头的输出, 保证了两台摄像机输出的完美同步。同步右、左图像是产生3D 胶片的一个关键方面, 并在其他地方详细讨论。1

为了防止眼睛的紧张, 左、右图像的垂直和水平收敛是正确的。虽然相机应该定位, 以确保正确的衔接之前的录音, 他们不必须是完美的。.......

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披露

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作者没有什么可透露的。

致谢

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这项工作得到了美国农业部内部资金的支持。

....

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
需要 T620 红外热像仪和软件FLIR55903-51222 台热像仪。软件仅适用于基于 Windows 的计算机
After EffectsAdobe15.0.1.73后期制作视频编辑软件
BandicamBandisoft4.1.2.1385屏幕捕获软件
实验室剪刀插孔  EiscoCH0642A钢平台 13X15 厘米
紧固带魔术贴90441用于将相机固定在插孔上。应至少长 60 厘米，宽 2 厘米
媒体转换器iSkysoft10.0.6软件将 mp4 文件转换为 .mov 

参考文献

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  1. Geng, J. Three-dimensional display technologies. Advances in Optics and Photonics. 5, 456-535 (2013).
  2. Ceccardi, T. L., Heath, R. L., Ting, I. P. Low-temperature exotherm measurement using infrared thermography. HortScience. 30, 140-142 (1995).
  3. Wimmer, B.

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