Protokoll zur Herstellung von dreidimensionalen Infrarot-Video des Einfrierens in Pflanzen

Zusammenfassung

Hier präsentieren wir ein Protokoll, um eine Erdbeere Pflanze Einfrieren in 3 Dimensionen Bild. Zwei Infrarot-Kameras, die in unterschiedlichen Winkeln positioniert werden verwendet, um eine rot-blaue Anaglyphen-Video um das Einfrieren der Anlage in 3 Dimensionen zu beobachten zu produzieren.

Zusammenfassung

Einfrieren in Pflanzen kann überwacht werden mit Infrarot (IR) Thermografie, denn wenn Wasser gefriert, es gibt Wärme ab. Allerdings machen Probleme mit Farbkontrast 2-Dimensionen (2D) Infrarot-Bilder etwas schwierig zu interpretieren. Anzeigen ein IR-Bild oder das Video von Pflanzen in 3 Dimensionen (3D) Einfrieren würde eine genauere Identifizierung von Websites für eisnukleation sowie das Fortschreiten des Einfrierens ermöglichen. In diesem Beitrag zeigen wir Ihnen einen relativ einfachen Mitteln, eine 3D Infrarot-Video von einer Erdbeere Pflanze Einfrieren zu produzieren. Erdbeere ist eine wirtschaftlich wichtige Pflanze, die unerwartete Frühjahr ausgesetzt ist Einfrieren Veranstaltungen in vielen Bereichen der Welt. Ein genaues Verständnis des Einfrierens in Erdbeeren bieten Züchter und Züchter mit wirtschaftlicher Möglichkeiten, um Schäden an Pflanzen zu vermeiden, bei eisigen Bedingungen.

Bei dieser Technik wird eine Positionierung der zwei IR-Kameras in unterschiedlichen Winkeln, die Erdbeeren Einfrieren zu Filmen. Die beiden video-Streams werden genau mit ein Screen-Capture-Software, die beide Kameras gleichzeitig Datensätze synchronisiert werden. Die Aufnahmen werden dann in der imaging-Software importiert und mit einer Anaglyphen-Technik verarbeitet. Rot-blaue Brille verwenden, wird das 3D Video bestimmen die genaue Website der eisnukleation auf Blattoberflächen erleichtert.

Einleitung

Trotz Leben in einer Welt der drei Abmessungen, sind Forscher oft auf visuelle Beobachtungen in 2D Berichterstattung beschränkt. Obwohl 2D-Bilder in der Regel ausreichend, um wichtige Informationen zu vermitteln sind, schränkt dieser Mangel an Informationen über Tiefe unsere Fähigkeit zur Wahrnehmung und verstehen die Komplexität der Objekte der realen Welt. ¹

Dieser Mangel an Informationen über die Tiefe zur Verfügung gestellt eines Anreiz, 3D-Videos hauptsächlich in der kommerziellen Filmindustrie seit den frühen 1900er Jahren¹zu produzieren. Allerdings ist klar 3D-Informationen in Standbilder und Videos erzeugen durch die Komplexität in der Herstellung dieser Bilder behindert. Die einfachste Methode zur Erzeugung von 3D Film basiert auf Prinzipien, die in der stereoskopischen Fotografie verwendet. Stereoskopische Fotografie nutzt zwei Bilder desselben Objekts aus leicht unterschiedlichen Blickwinkeln, die ein 3D-Bild im Gehirn vermittelt. Um dies zu ermöglichen, muss jedes Auge nur das jeweilige Image (d. h., das linke Auge das linke Bild und das rechte Auge auf dem rechten Bild) ansehen. Da die Augen nicht natürlich tut, stereoskopische Kopfbedeckung soll diese möglich¹machen. Mehrere stereoskopische haben anzeigen-Techniken, sowie Polarisation-interlaced, Zeit-Multiplexing und Kopf-Mount Display-Techniken, bei der Entwicklung von 3D Filmen, aber die Farbe-interlacing oder Anaglyph Methode mit rot und grün (oder Cyan) verwendet worden Brille ist eines der einfachsten und kostengünstigsten Verfahren. Für eine umfassende Überprüfung der 3D-Bildgebung und die verschiedenen Techniken beteiligt siehe den Beitrag von Geng¹.

Monitoring, Einfrieren in Pflanzen mittels IR-Thermografie beruht auf dem Prinzip, dass wenn Wasser gefriert, es innere Energie²aufgeben muss. Diese Energie ist in Form von Wärme, die im IR-Bereich des elektromagnetischen Spektrums nachweisbar ist. Kameras in der Lage, die IR-Energie seit 1929³im Einsatz. Die ersten veröffentlichte Bericht mit IR-Technologie zum Film Einfrieren in Pflanzen ist von Cecardi Et al. ², aber die Auflösung der Kamera macht es schwierig, genau festzustellen, wo das Einfrieren initiiert wird, das Gewebe. Wisniewski Et al. ⁴ bestimmt genauere Standorte der eisnukleation in mehreren Pflanzenarten mit einer höheren Auflösung Kamera. Als IR-Thermographie verbessert die Technik Bilder mit höherer Auflösung zu Entdeckungen wie Barrieren zum Einfrieren⁵ und die genauen zellulären Lokalisation von Eis Bildung⁶geführt.

Eine Schwierigkeit bei Dreharbeiten Themen in IR verursacht durch kleine Unterschiede in der Temperatur. Dadurch werden die meisten Objekte in das Blickfeld zu einer ähnlichen Farbe, so dass es schwierig zu bestimmen, genau welche Objekte sind einfrieren. Dies kann wichtig sein, bei der Festlegung der Reihenfolge des Einfrierens in bestimmten Geweben, wie Blätter oder Wurzeln im Weizen⁶. Wenn die IR-Video von Pflanzen Einfrieren in 3D abgebildet werden könnte, könnte die Genauigkeit bestimmen, welcher Teil der Pflanze an einem bestimmten Punkt in der Zeit einfrieren ist verbessert werden.

Erdbeere ist eine Ernte in bestimmten Bereichen der Vereinigten Staaten, in denen Temperaturen von große Besorgnis für die Erzeuger sind. Unter einigen Bedingungen ist es üblich für Erdbeere Blumen erscheinen, dass 2 bis 3 Wochen vor dem Durchschnitt im vergangenen Frühjahr einzufrieren. Ein Freeze-Ereignis kann erst im Juni in einigen Bereichen der Appalachen⁷ und in der Regel Ergebnisse in den Tod der Blume auftreten. Frostschutz ist daher entscheidend für Erdbeeranbauer in Bereichen unterliegen diesen Veranstaltungen einfrieren. Erdbeeranbauer in North Carolina, beispielsweise müssen Frost schützen, im Durchschnitt zwischen 4 bis 6 Frost Ereignisse vor Blüte und 1-2 harte Fröste während der frühen Periode⁸blühen. Damit Erdbeere Genotypen zu entwickeln, die mehr Einfrieren tolerant sind, ist es wichtig zu verstehen, verschiedene Aspekte des Einfrierens, wie z. B. die Websites eisnukleation und Ausbreitung in andere Teile der Pflanze. IR-Thermografie bietet ein wirksames Mittel zur Behebung dieser Probleme.

Hier verwenden wir Erdbeere, um eine Technik zur Erfassung Einfrieren Veranstaltungen in 3D Anaglyph Methode zu veranschaulichen. Erdbeere eignet sich gut für dieses Beispiel, weil die Blätter und Blüten weit im 3D-Raum verbreitet sind und schwierig sein können zu unterscheiden, wenn in 2D Infrarot-Videos angesehen.

Protokoll

1. Vorbereitung

1. Ausrüstung, Materialien und Software zu erfassen und verarbeiten das Video Anlage Einfrieren zu sammeln.
   1. Starten Sie einen programmierbare Gefrierschrank zu, indem Sie den Ein-/Ausschalter auf auf, und stellen Sie die Temperatur um 0 ° C. Programmieren Sie den Gefrierschrank bis-8 ° C bei 1 ° C/h zu erreichen.
2. Legen Sie einen 6 Wochen alten Erdbeere Pflanze mit 2-5 Blüten, die in einem 1 L Behälter in den Gefrierschrank gewachsen war.
3. 2 IR-Kameras (z.B. FLIR T620 Kameras) mit Befestigung Riemen und einem kleinen Holzblock, um dem richtigen konvergenzwinkel der Linsen zu produzieren.
   Hinweis: Die optimale Entfernung zum Zentrum der Objektive der 2 Kameras Raum in der Regel gilt das gleiche wie der Abstand zwischen den Augen¹ oder ca. 7 cm.
4. Befestigen Sie beide Kameras auf einem 10 x 10 cm Labor Jack und die Position die Buchse im Gefrierschrank nahe genug, um die Pflanze das Bild fokussiert werden kann. Passen Sie die Kameras, vertikal und horizontal so dass der gleichen Teil des Werks von beiden Kameras sichtbar ist. Verwenden Sie die Buchse beide Kameras vertikal in so positionieren, dass die 2 Bilder die ganze Pflanze und ein Teil des Bodens enthalten.
5. 2 Kameras mit USB-Anschluss an die USB-Anschlüsse auf dem Computer zu verbinden.
6. Beide Kameras erlauben eine kontinuierliche Überwachung der Anlagen stecken Sie 2 a/c-Steckdosen.

(2) Computer und Software-Setup für die Aufnahme

1. 2 Fenster (1 Fenster für jede Kamera) der Software zu öffnen, durch Doppelklicken auf das Symbol für die IR-Kamera-Software 2 X. Folgen Sie den Anweisungen im Hilfe-Menü auf der linken Kamera im linken Fenster und die richtige Kamera im rechten Fenster verbinden.
   Hinweis: Die Details zur Nutzung der Software können über das Menü "Hilfe" zugegriffen werden. Eine einfarbige Palette eignet sich am besten für dieses Beispiel aufgrund der Notwendigkeit der Verwendung von rot-blaue Tönung für das 3D Rendering.
2. Öffnen Sie die Screen-Capture-Software durch Doppelklicken auf das Symbol für das Programm. Passen Sie den Aufnahme-Rahmen durch Klicken und ziehen den Rahmen, so dass es beide Kameras enthält um einen Screenshot der beiden Kameras gleichzeitig zu ermöglichen.
   Anmerkung: Screen-capturing-video-Streams von beiden Kameras gleichzeitig ist wichtig, weil es eine einwandfreie Synchronisation der linken und rechten Ansicht erlaubt.
3. Das Video in 3-h-Schritten für eine einfachere Verarbeitung in der video-Processing-Software aufnehmen.
   Hinweis: Es ist unmöglich, weiß genau, wann die Pflanze Einfrieren, deshalb es wichtig zu Datensatz eine Zeitlang vor dem Einfrieren-Event ist. Die Option zum Aufzeichnen in Segmenten ist ein Merkmal dieser Software, so ist es empfehlenswert, dass dies für 3 h aufnehmen soll. Die Software wird automatisch speichern Sie die 3-h-Aufnahme und eine neue Aufnahme beginnen. Die Datei für jede 3-h-Aufnahme wird automatisch eine Ziffernfolge nach dem Namen gegeben werden. Jede Videodatei werden von 10 bis 20 GB, also sicherstellen, dass ausreichend Speicherplatz auf einer Festplatte für mehrere Dateien dieser Größe verfügbar ist.
4. Starten Sie das Gefrierschrank-Programm zu, wählen Sie Ausführen im Menü "Steuerung" und beginnen Sie die Bildschirmaufnahme. Drücken Sie die Rec -Taste auf das Fenster. Sicherstellen Sie, dass der Umriss zeigt den Bereich des Bildschirms gefangen rot färbt.
5. Zeichnen Sie die Erdbeere Pflanze Einfrieren bis-8 ° C und halten Sie die Temperatur im Gefrierschrank für 1 h.
6. Erhöhen Sie die Temperatur im Gefrierschrank bei 2 ° C/h bis der Freezer bei + 2 ° C ist. Beenden Sie die Aufnahme.
   Hinweis: Die gesamte Zeit einfrieren ist 14 h.
7. .Mov mit einem Datei-Konvertierungs-Software umwandeln Sie die Dateien von Interesse von MP4-Format.
   Hinweis: In diesem Fall wird eine einzelne 3 h-Datei mit 1 oder mehr Einfrieren Veranstaltungen verwendet werden.

3. Verarbeitung Videos mit einem Video Imaging-Software

Hinweis: Video-imaging-Software wird in diesem Beispiel verwendet werden. Anleitungen zur Verwendung der Software sind online verfügbar. In diesem Beispiel wird eine grundlegende Kenntnisse der Software übernehmen. Das Verständnis von Begriffen wie "Komposition", "Schicht", und "render-Warteschlange", sowie der verschiedenen Gremien und wie man manipulieren, wird vorausgesetzt.

1. Doppelklicken Sie im Bedienfeld "Projekt" der MOV-Datei von Interesse in der imaging-Software importieren und ziehen die Datei in der Zusammensetzung -Symbol am unteren Rand des Projektfensters. Speichern Sie das Projekt dann im gleichen Ordner enthält die original-Videos.
   Hinweis: Das Video aufgezeichnet wird im Vorschaufenster sichtbar.
2. Klicken Sie auf die Region of Interest -Symbol am unteren Rand des Vorschaufensters und mit dem Cursor nur die Aufnahme von der linken Kamera zu skizzieren.
3. Ziehen Sie das gleiche MOV-Video in der Zusammensetzung -Symbol, um eine zweite Komposition des gleichen Videos zu erstellen. Wiederholen Sie Schritt 3.3, aber dieses Mal verwenden Sie den Cursor, um nur die richtige Kamera auszuwählen.
4. Wählen Sie Komposition > Ernte Comp, Region of Interest für die Ansicht von Links. Wiederholen Sie dies für den richtigen Durchblick. Benennen Sie jede Komposition um anzugeben, welche Links und rechts.
5. Markieren Sie die linke Zusammensetzung durch Klicken auf es und im Hauptmenü oben Zusammensetzung auswählen > zur Renderliste hinzufügen.
6. Klicken Sie in der Renderliste auf Ausgabe-Modul und stellen Sie sicher, dass das Video als Video (z. B.ein QuickTime video) gerendert werden soll. Klicken Sie auf die Render-Einstellungen die Auflösung ermöglichen eine schnellere Render verringern. Klicken Sie auf Ausgabe, Name video Erdbeere Links, und in demselben Ordner wie die original-Aufnahme und das Projekt speichern. Klicken Sie auf Speichern, und klicken Sie dann auf die Schaltfläche " Rendern " an der oberen rechten Seite des Fensters rendern.
7. Wiederholen Sie Schritt 3.6 für die Erdbeere Recht Zusammensetzung.
8. Doppelklicken Sie auf das Bedienfeld "Projekt" und importieren Sie die Erdbeere Links und Rechts der Erdbeere Videos, die nur gerendert wurden.
9. Markieren Sie beide Videos und ziehen Sie sie in die Komposition-Symbol am unteren Rand des Projektfensters. Geben Sie in das Popup-Fenster Noch Dauerfordern 3 mit 5 Nullen für eine Dauer von 3 h.
   Hinweis: Beide Videos genau synchronisiert, werden im Bedienfeld "Projekt", sondern nur das oberste Video im Kompositionsfenster sichtbar sein wird.
10. Um das andere Bild anzuzeigen, klicken Sie auf den kleinen Augapfel zu den Layer deaktivieren. Drücken Sie Steuerung/W eine Rotations Kontrolle der Bilder im Vorschaufenster mit dem Cursor zu ermöglichen. Mit Hilfe der Cursor und klicken Sie auf die oberste Schicht, ein- und ausschalten, anpassen den rotatorischen Aspekt von der oberen oder der Unteransicht, um sicherzustellen, dass beide Bilder sind in den gleichen Drehkreis. Passen Sie dann die X - und Y-Ebene direkt innerhalb des Unterprogramms 3D-Brille.
11. Markieren Sie die oberste Schicht des Kompositionsfensters und wählen Sie Effekt > Perspektive > 3D Brille aus dem Menü oben.
    Hinweis: Die Parameter für den 3D Effekt "3D-Brille" in der Systemsteuerung öffnet sich.
12. In der Systemsteuerung, klicken Sie auf das Feld rechts neben der "Ansicht von Links" – Wenn das Control Panel nicht aus dem Projektfenster getrennt ist, klicken Sie auf die Control Panel-Registerkarte am oberen Rand des Projektfensters. Die 2 Videos im Kompositionsfenster in einem Dropdown-Menü-Liste, markieren Sie das Video in der Liste für "Ansicht Links". Wiederholen Sie diesen Schritt für den "richtigen Blick".
13. Wählen Sie im Feld rechts neben der 3D-Ansicht Rot-Blau-LR.
14. Mit rot-blaue Brille, überprüfen Sie die Ansicht im Bedienfeld "Projekt". Wenn die 3D Ansicht scheint nicht korrekt zu sein, versuchen Sie, Tauschen Sie links-rechts. Stellen Sie Szene Konvergenz und vertikale Ausrichtung Geisterbilder und Auge Belastung zu beseitigen.
15. Wenn der 3D Aspekt des Videos akzeptabel ist, die Zusammensetzung durch Anklicken markieren und wählen Sie Komposition > Add to Queue zu machen wie in Schritt 3.7 der Fall war. Rendern Sie das Video in den gleichen Ordner wie die anderen Dateien im Projekt.
    Hinweis: Diese Datei wird ziemlich groß sein. Sobald die Datei gerendert wurde, kann es auf eine kleinere Dateigröße mit der video-Processing-Software neu gerendert.

Ergebnisse

Überraschend, zufolge das IR-Video von der Erdbeere Pflanze Einfrieren (Supplemental Video 1) nicht alle Blätter/Blüten zur gleichen Zeit erstarrte. Die Blätter und Blüten fror individuell bei unterschiedlichen Temperaturen, aber die Blätter erfroren früher als die Blumen und bei einer höheren Temperatur. Darüber hinaus begann das Einfrieren in den Blättern, aber nicht unbedingt an der gleichen Stelle auf jedem Blatt. Während diese Ergebnisse in Erdbeeren nicht zuvor besc...

Diskussion

Zwei IR-Kameras für dieses Protokoll notwendig sind, und sie müssen auf das Thema aus unterschiedlichen Winkeln¹ausgerichtet. Dies erfordert die Linsen von 5-8 cm voneinander entfernt sein, aber beide an der gleichen Stelle zum Thema gefilmt werden ausgerichtet sein müssen. Denken Sie an die 2 Kameralinsen als eine Art Ersatz für das Auge des Betrachters. Die linke Kamera entspricht dem das linke Auge und die richtige Kamera für das rechte Auge. Die Post-processing-Software wird das linke Bild, um...

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
T620 Wärmebildkamera und Software	FLIR	55903-5122	2 Kameras werden benötigt. Die Software funktioniert nur auf einem Windows-basierten Computer
After Effects Adobe		15.0.1.73	Postproduktions-Videobearbeitungssoftware
Bandicam	Bandisoft	4.1.2.1385	Screen-Capture-Software
Labor Scherenbuchse	Eisco	CH0642A	Stahlplattform 13X15 cm
Befestigungsgurt	Velcro	90441	Zum Halten der Kamera auf dem Wagenheber. Sollte mindestens 60 cm lang und 2 cm breit
sein Media Converter	iSkysoft	10.0.6	Software zum Konvertieren von mp4-Dateien in .mov