Protocolo para la producción de Video infrarroja tridimensional de congelación en las plantas

Resumen

Aquí, presentamos un protocolo para una planta de fresa en 3 dimensiones de congelación de la imagen. Dos cámaras de infrarrojos colocadas en ángulos ligeramente distintos, se utilizan para producir un vídeo anaglifo rojo y azul para observar la congelación de la planta en 3 dimensiones.

Resumen

En plantas de congelación puede controlarse mediante termografía infrarroja de (IR), porque cuando el agua se congela, da calor. Sin embargo, problemas con contraste de color hacen 2 dimensiones (2D) infrarrojo imágenes algo difícil de interpretar. Visualización de una imagen IR o el video de las plantas de congelación en 3 dimensiones (3D) permitiría una identificación más precisa de los sitios de nucleación de hielo, así como la progresión de la congelación. En este trabajo, demostramos un medio relativamente simple para producir un video infrarrojo 3D de una planta de fresa de congelación. Fresa es un cultivo económicamente importante que se somete a primavera inesperada helada en muchas áreas del mundo. Una comprensión exacta de la congelación de fresa proporcionará a los criadores y cultivadores con maneras más económicas para evitar daños a las plantas durante condiciones de congelamiento.

La técnica implica un posicionamiento de dos cámaras de infrarrojos en ángulos ligeramente distintos a la congelación de fresa de la película. Las dos secuencias de vídeo se sincronizarán precisamente usando un software de captura de pantalla que registra ambas cámaras simultáneamente. Las grabaciones serán importadas en el software de imágenes y procesaron utilizando una técnica anaglifo. Usa gafas rojo y azul, el video 3D hará más fácil determinar el sitio exacto de nucleación de hielo en la superficie de las hojas.

Introducción

A pesar de vivir en un mundo de tres dimensiones, los investigadores a menudo se limitan a informar observaciones visuales en 2D. Aunque imágenes 2D son generalmente suficientes para transmitir información importante, esta falta de información sobre profundidad restringe nuestra capacidad de percibir y comprender la complejidad de los objetos del mundo real. ¹

Esta deficiencia en la información sobre la profundidad proporciona un incentivo para producir videos en 3D principalmente en la industria del cine comercial desde el principios de los años 1900¹. Sin embargo, generar información clara 3D en congelamientos de imagen y video se ve dificultada por las complejidades involucradas en la producción de esas imágenes. El enfoque más simple para generar película 3D se basa en principios usados en la fotografía estereoscópica. Fotografía estereoscópica utiliza dos imágenes del mismo objeto desde ángulos ligeramente distintos, que transmite una imagen 3D en el cerebro. Para hacer esto posible, cada ojo debe mirar solamente su imagen correspondiente (es decir, el ojo izquierdo en la imagen de la izquierda y el ojo derecho en la imagen derecha). Puesto que los ojos no hará naturalmente esto, estereoscópica arnés fue diseñado para hacer este posible¹. Varios estereoscópicos viendo técnicas de exhibición de montaje en cabeza y técnicas, así como entrelazado polarización, multiplexadas en el tiempo, se han utilizado durante el desarrollo de películas en 3D, pero el método color-entrelazamiento o anaglifo con rojo y verde (o cian) gafas es una de las técnicas más simples y menos costosas. Para una revisión comprensiva de la proyección de imagen 3D y las diferentes técnicas, consulte la revisión por Geng¹.

Control de congelación en plantas mediante termografía IR se basa en el principio de que cuando el agua se congela, deben dar para arriba energía interna². Esta energía es en forma de calor, que es perceptible en la región del IR del espectro electromagnético. Cámaras capaces de grabar la energía IR han estado en uso desde 1929³. El primer informe publicado utilizando la tecnología de IR al cine en plantas de congelación es de Cecardi et al. ², pero la resolución de la cámara dificulta determinar con precisión el tejido donde se inicia la congelación. Wisniewski et al. ⁴ determinar mayor precisión sitios de nucleación de hielo en varias especies de plantas con una mayor resolución de la cámara. Como la tecnología utilizada en termografía IR mejorada, más imágenes de resolución llevaron a descubrimientos como barreras a la congelación⁵ y la precisa Localización celular de hielo formación⁶.

Una dificultad en película temas en IR es causada por las pequeñas diferencias de temperaturas. Esto hará la mayoría de los objetos en el campo de visión para ser de un color similar, lo que es difícil determinar exactamente qué objetos son de congelación. Esto puede ser importante al determinar el orden de congelación de tejidos específicos, tales como hojas o raíces de trigo⁶. Si el video del IR de las plantas de congelación podría ser reflejado en 3D, podría mejorar la exactitud de la determinación de que parte de la planta es congelar en un punto determinado en el tiempo.

Fresa es un cultivo en determinadas zonas de los Estados Unidos en el que las bajas temperaturas son de gran preocupación para los cultivadores. Bajo algunas condiciones de cultivo, es común flores fresales parece congelar 2-3 semanas antes de la media la primavera pasada. Un evento de helada puede ocurrir tan tarde como junio en algunas zonas de la Montañas Apalaches⁷ y generalmente resulta en la muerte de la flor. Protección contra las heladas es, por tanto, crítico para congelación de fresales productores en áreas sometidas a estos eventos. Productores de fresa en Carolina del norte, por ejemplo, heladas-deben proteger, en promedio, entre 4-6 eventos de heladas antes de floración y se congela dura 1-2 durante el temprano período⁸de la floración. Para ayudar a desarrollar genotipos de fresa que son más tolerantes de congelación, es importante entender los diversos aspectos de la congelación, tales como los sitios de nucleación de hielo y propagación a otras partes de la planta. Termografía IR proporciona un medio eficaz para abordar estas cuestiones.

Aquí, utilizamos fresa para ilustrar una técnica para registrar eventos de congelamiento en 3D utilizando el método anaglifo. Fresa es ideal para este ejemplo porque las hojas y flores están ampliamente distribuidos en el espacio 3D y pueden ser difíciles de distinguir cuando se ve en 2D videos infrarrojos.

Protocolo

1. preparación

1. Reunir los equipos, materiales y software para grabar y procesar el vídeo de la planta de congelación.
   1. Iniciar un congelador programable ajuste el interruptor de encendido en Ony la temperatura a 0 ° C. Programa el congelador a-8 ° C 1 ° C por hora.
2. Coloque una 6 semanas de edad planta de fresa con 2-5 flores que cultivaba en el congelador en un recipiente de 1 L.
3. Configurar 2 cámaras IR (por ejemplo, las cámaras FLIR T620) usando cintas de sujeción y un bloque pequeño de madera para producir el ángulo de convergencia correcta de las lentes.
   Nota: La distancia óptima al espacio el centro de las lentes de las 2 cámaras se considera generalmente para ser igual a la distancia entre los ojos¹ o aproximadamente 7 cm.
4. Montar ambas cámaras a un gato de laboratorio de 10 x 10 cm y la posición del gato en el congelador lo suficientemente cerca a la planta para permitir que la imagen se enfoque. Ajustar las cámaras vertical y horizontalmente para que la misma parte de la planta es visible desde ambas cámaras. Utilice al gato para colocar ambas cámaras verticalmente de tal manera que las 2 imágenes contienen la planta entera y una parte del suelo.
5. Conecte las 2 cámaras utilizando un conector USB a las tomas de USB en el equipo.
6. Conecte las 2 salidas de aire acondicionado en ambas cámaras para permitir un monitoreo continuo de las plantas.

2. Computadoras y configuración de Software para la grabación

1. Abrir 2 ventanas (1 ventana para cada cámara) del software haciendo doble clic en el icono del software de la cámara de IR 2 x. Siga las instrucciones en el menú Ayuda para conectar la cámara izquierda de la ventana izquierda y la cámara en la ventana derecha.
   Nota: Encontrará los detalles para utilizar el software a través del menú ayuda. Una paleta monocromática es ideal para este ejemplo debido a la necesidad del uso de teñido de rojo y azul para el renderizado 3D.
2. Abra el software de captura de la pantalla haciendo doble clic en el icono del programa. Ajustar la estructura de captura haciendo clic y arrastrando el marco por lo que incluye dos cámaras para permitir una captura de pantalla de ambas cámaras simultáneamente.
   Nota: Pantalla de captura de la secuencia de vídeo de ambas cámaras al mismo tiempo es crucial ya que permite una perfecta sincronización de vistas izquierdas y derecha.
3. Grabar el vídeo en incrementos de 3-h para un procesamiento más fácil en el software de procesamiento de vídeo.
   Nota: Es imposible saber exactamente cuando la planta se congele, así que es importante para grabar por una cierta hora antes del evento de congelamiento. La opción de grabar en segmentos es una característica de este software, lo que se recomienda que esto se establece en registro de 3 h. El software guarda automáticamente el registro de 3 h y luego comenzar una nueva grabación. El archivo para cada grabación 3-h automáticamente se dará una secuencia numérica después del nombre. Cada archivo de vídeo será de 10 a 20 GB, así que asegúrese de que haya suficiente espacio en el disco duro varios archivos de este tamaño.
4. Inicie el programa congelador seleccionando Ejecutar en el menú controlador y comenzar la captura de pantalla. Pulse el botón de Rec en la ventana. Asegúrese de que el esquema que muestra la región de la pantalla ser capturada se ilumina en rojo.
5. Grabar la fresa congelación hasta-8 ° C y mantener la temperatura del congelador durante 1 hora.
6. Elevar la temperatura del congelador en 2 ° C por hora hasta que el congelador está a + 2 ° C. Detener la grabación.
   Nota: El total de tiempo de congelación es 14 h.
7. Convertir los archivos de interés de. mp4 formato .mov utilizando un software de conversión de archivos.
   Nota: en este caso, un archivo de solo 3 h que contiene 1 o más eventos de helada se utilizará.

3. procesamiento de Video mediante un Software de imágenes de vídeo

Nota: Video imaging software se utilizará en este ejemplo. Tutoriales sobre cómo utilizar el software están disponibles en línea. En este ejemplo se asume un conocimiento básico del software. La comprensión de términos como "composición", "capa" y "hacer cola", así como varios paneles y cómo manipularlos, se supone.

1. Haga doble clic en cualquier lugar dentro del panel Proyecto para importar el archivo .mov de interés en el software de imágenes y arrastre el archivo hasta el icono de composición en la parte inferior del panel Proyecto. A continuación, guarde el proyecto en la misma carpeta que contiene los videos originales.
   Nota: El vídeo grabado será visible en el panel de vista previa.
2. Haga clic en el icono de la Región de interés a lo largo de la parte inferior de la ventana de previsualización y, usando el cursor, solo la grabación de la cámara izquierda del esquema.
3. Arrastre el mismo vídeo .mov hasta el icono de la composición para crear una composición segundo del video mismo. Repita el paso 3.3, pero esta vez, usa los cursores para seleccionar sólo la cámara.
4. Seleccione composición > Cultivo Comp a la región de interés para la vista a la izquierda. Repita esto para la vista derecha. Cambiar el nombre de cada composición para indicar que es izquierda y derecha.
5. Destacar la composición izquierda haciendo clic en él y, en el menú principal en la parte superior, seleccione composición > añadir a cola de procesamiento.
6. En la cola de procesamiento, haga clic en Módulo de salida y asegúrese de que el video se mostrará como un vídeo (p. ej., un video de QuickTime). Haga click en la Ajustes de procesamiento para reducir la resolución para permitir un renderizado más rápido. Haga clic en salida, nombre del video Izquierda fresay guardarlo en la misma carpeta que la grabación original y el proyecto. Haga clic en Guardary haga clic en el botón Render en la parte superior derecha del panel de render.
7. Repita el paso 3.6 para la composición de la Derecha de la fresa .
8. Haga doble clic en el panel Proyecto e importar los vídeos Fresa izquierda y Derecha de la fresa que solo eran prestados.
9. Resalte tanto vídeos y arrástrelos hasta el icono de composición en la parte inferior del panel Proyecto. En la ventana emergente pidiendo Todavía duración, introduzca 3 con 5 ceros para una duración de 3 h.
   Nota: Ambos videos, sincronizadas precisamente, será en el panel Proyecto, pero será visible sólo el vídeo superior en el panel Composición.
10. Para ver la otra imagen, haga clic en el globo ocular pequeño para desactivar la capa. Pulse Control/W para permitir un control de rotación de las imágenes en el panel de vista previa usando el cursor. Utilizando el cursor y haga clic en el capa superior encendido y apagado, ajustar la rotación de la parte superior o en la vista inferior para asegurarse de que ambas imágenes están en el mismo plano de rotación. Luego ajuste el plano X y Y directamente dentro de la subrutina de gafas 3D.
11. Seleccione la capa superior del panel Composición y seleccione efecto > perspectiva > gafas 3D en el menú en la parte superior.
    Nota: Los parámetros para el 3D gafas efecto aparecerá en el panel de control.
12. En el panel de control, haga clic en el cuadro a la derecha de "vista a la izquierda", si no se separa el panel de control desde el panel Proyecto, haga clic en la pestaña de panel de control en la parte superior del panel Proyecto. Los 2 videos en el panel Composición en el menú desplegable de la lista, resalte el vídeo en la lista de la "vista a la izquierda". Repita este paso para "Vista derecha".
13. En el cuadro a la derecha de la vista 3D, seleccione LR azul rojo.
14. Usa gafas rojo y azul, inspeccione la vista en el panel Proyecto. Si la vista 3D parece ser incorrecta, intente haga clic en Cambiar izquierda-derecha. Ajuste de convergencia de la escena y la alineación Vertical para eliminar cualquier tensión fantasma y ojo.
15. Cuando el aspecto 3D del video es aceptable, resalte la composición haciendo clic en él y seleccione composición > añadir a cola de render como se hizo en el paso 3.7. Renderizar el video en la misma carpeta que los otros archivos en el proyecto.
    Nota: Este archivo es bastante grande. Una vez que ha quedado el archivo, puede volver a representado a un tamaño menor de archivo utilizando el software de procesamiento de vídeo.

Resultados

Sorprendentemente, el video de IR de la planta de fresa congelación (1 Video suplementario) indica que no todas las hojas/flores congeló al mismo tiempo. Las hojas y flores se congelaron individualmente a diferentes temperaturas, pero las hojas se congelaron antes que las flores y a una temperatura superior. Además, la congelación comienza en las hojas, pero no necesariamente en la misma posición en cada hoja. Mientras que estos resultados no se han descrito previamente e...

Discusión

Dos cámaras de infrarrojos son necesarias para este protocolo, y deben estar orientadas hacia el tema desde ángulos ligeramente distintos,¹. Esto requerirá lentes de 5-8 cm de separación, pero ambos deben estar orientadas hacia el mismo lugar en el sujeto a ser filmado. Piense en las lentes de 2 cámara como una especie de sustituto para los ojos del espectador. La cámara izquierda es análoga a la del ojo izquierdo y la cámara derecha en el ojo derecho. El software de post-procesamiento tiñe la ima...

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
de la cámara infrarroja T620 y el software	FLIR	55903-5122	. El software solo funciona en una computadora basada en Windows
After Effects	Adobe	15.0.1.73	Software de edición de video de postproducción
Bandicam	Bandisoft	4.1.2.1385	Software de captura de pantalla
Gato de tijera de laboratorio	Eisco	de	Acero CH0642A 13X15 cm
Correa de Sujeción	Velcro	90441	Para sujetar la cámara en el gato. Debe tener al menos 60 cm de largo por 2 cm de ancho
Media Converter	iSkysoft	10.0.6	Software para convertir archivos mp4 a .mov