2018年9月12日
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。
这种方法将使您能够识别冰在三维空间中成核和传播的精确位置,这对于某些红外相机来说可能很困难。这种技术的优点是它提供深度信息,这在普通的二维视频中是不可能的。由于人类无法看到红外辐射,因此检测红外并将其转换为可见光谱的相机是可视化发热事件(如冻结)的唯一方法。
尽管我们使用这个系统来说明草莓植物的冻结,但它也可以用于任何深度在视觉图像中很重要的项目。该协议对某些人来说可能很困难,因为它涉及使用学习曲线有些困难的软件。首先,使用固定带和一小块木头,设置两个红外 (IR) 相机以产生正确的镜头会聚角。
两个相机必须对同一物体进行训练,但角度略有不同,对应于眼睛之间的距离。将两台相机安装到 10 x 10 厘米的实验室插孔上。根据文本协议对冰箱进行编程后,将一株六周龄的草莓植株和两到五朵花放入一个一升的容器中。
使用千斤顶垂直放置两个相机,以便两个图像包含整株植物和一部分土壤。然后,使用 USB 连接器将两台摄像机连接到计算机,并将两个交流电源插座插入两台摄像机,以便对植物进行连续监测。要设置用于录制的计算机和软件,请双击 IR 相机软件的图标两次,打开软件的两个窗口。
然后,按照帮助菜单中的说明将左侧摄像机连接到左侧窗口,将右侧摄像机连接到右侧窗口。打开屏幕捕获软件,然后通过单击并拖动帧来调整捕获帧,使其包含两个摄像头,以允许同时捕获两个摄像头的屏幕。必须同时捕获来自两个摄像头的视频流,以便精确同步左右图像。
屏幕捕获软件将允许您非常轻松地完成此作。接下来,在控制器菜单中,通过选择运行来启动冷冻程序,然后开始屏幕截图。然后,点击 录音 窗口上的按钮,并确保显示正在捕获的屏幕区域的轮廓变为红色。
记录草莓植株冻结至零下 8 摄氏度的情况,并将冰箱的温度保持一小时。要处理视频,首先使用市售的文件转换软件将 MP4 文件从屏幕捕获软件转换为 mov 文件。然后,双击项目面板内的任意位置,将感兴趣的 mov 文件导入到成像软件中,并将该文件拖动到项目面板底部的"合成"图标。
然后,将项目保存到包含原始视频的同一文件夹中。在预览窗口的底部,单击 Region of Interest 图标,然后仅勾勒出左侧摄像机的录制内容。将同一 mov 视频拖动到 合成 图标,以创建同一视频的第二个合成。
然后,使用正确的相机重复此步骤。现在,选择"合成",选择"将合成裁剪到感兴趣区域"作为左侧视图。然后,对右侧视图重复此步骤。
重命名每个合成以指示左合成和右合成。单击左侧合成,突出显示左侧合成,然后在顶部的主菜单中选择 Composition (合成)、Add to Render Queue(添加到渲染队列)。在渲染队列中,单击 Output Module (输出模块),并确保视频将渲染为视频。
点击 输出到,将视频命名为 Strawberry Left,然后将其保存到与原始录音和项目相同的文件夹中。单击 Save,然后单击 render 面板右上角的 Render 按钮。对 Strawberry Right 合成重复渲染。
接下来,双击项目面板,并导入渲染的 Strawberry Left 和 Strawberry Right 视频。突出显示这两个视频,然后将它们拖到 Composition 图标在项目面板的底部。在询问 Still Duration 的弹出屏幕中,输入 3 和 5 个 0,持续时间为 3 小时。
突出显示合成面板的顶部图层,然后从顶部的菜单中选择"效果"、"透视"、"3D 眼镜"。在控制面板中,单击左侧视图右侧的框。在下拉菜单的合成面板中列出两个视频,并在左侧视图的列表中突出显示该视频。
然后,对右侧视图重复此步骤。在 3D View 右侧的框中,选择 Red Blue LR。使用红蓝眼镜检查项目面板中的视图。如果 3D 视图似乎不正确,请单击 Swap Left-Right。
调整 Scene Convergence 和 Vertical Alignment 以消除任何重影和眼睛疲劳。当视频的 3D 方面可接受时,通过单击合成突出显示合成,然后选择 合成、添加到渲染队列,如本视频前面所示。最后,渲染视频。
该 IR 视频显示,叶子在比花更高的温度下冻结,尽管冻结不一定从每片叶子的相同位置开始。一旦叶子结冰,冻结就会沿着叶柄发展到植物的树冠。当温度下降 1 到 2 度时,花朵会冻结,从花萼开始,然后蔓延到花瓣和花瓣
。将 2D 红外图像与佩戴眼镜的 3D 图像进行比较时,3D 图像可以更轻松地精确确定叶子和花朵的冻结顺序。将这些小麦根浸没在由泥炭组成的生长介质中,并在冷冻前添加冰屑以确保根部会冻结。冻结成核发生在大约零下 0.5 摄氏度时,位于右侧根的中间。
然后冻结向上发展到植物的树冠,导致外叶的基部冻结,然后向下进入植物背面的根部。请注意,如果没有 3D 透视,几乎不可能确定特定根冻结的顺序。放置摄像机的位置非常重要,以便每个摄像机都对准正在拍摄的物体上的相同位置。
使用我们在此演示中使用的摄像机将确保角度正确,以生成 3D 立体视频。此过程可用于生成视频,以及通过仅从不同角度拍摄两张照片来生成任何对象的 3D 静止图像。
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本文介绍了一种利用红外相机对草莓植株冻结过程进行三维成像的实验方案。该技术能够可视化冰核形成与传播过程,提供标准二维视频无法实现的深度信息。
植物结冰事件的三维红外成像能够实现冰核形成与传播过程的精确空间定位,解决了生物系统中动态热过程定量分析的关键难题。该技术提升了表型筛选的预测可靠性,并为作物抗逆性转化研究提供支持。本方案提供的深度分辨输出结果,可直接服务于研发团队,有助于降低早期发现及临床前模型开发中的生物学变异性风险。
该三维红外成像方案可融入从发现到临床前研究的连续流程,为假设验证和模型确证提供关键的空间与时间数据。