Analyzer עגבניות: יישום תוכנה שימושיים כדי לאסוף נתונים מורפולוגיים Colorimetric מדויק ומפורט של דו ממדיים

לשימוש במנתח עגבניות. פירות עגבנייה מוכנים ונחתכים לצורך איסוף תמונות דיגיטליות. הפרי מונח על הסורק כאשר הצדדים החתוכים פונים כלפי מטה, ונסרק כדי לקבל תמונת JPEG.

בשלב הבא, התמונות נסקרות ומנותחות בתוכנת הניתוח של העגבנייה. כל מדידות צורת הפרי מחושבות על בסיס גבולות הפרי שזוהו על ידי התוכנה, בעוד שמודול בדיקת הצבע נועד לכמת את פרמטרי הצבע בתוך הגבולות. לבסוף, הנתונים מיוצאים לקובץ Excel במצב אצווה (batch mode) עבור יותר מ-100 תמונות בבת אחת, או כתמונות בודדות.

שלום, אני אסטבן דנה ואני חבר סגל במחלקה להורטיקולטורה ומדעי הגידולים באוניברסיטת אוהיו סטייט. אני מתיו רובינס מהמעבדה של פרנסיס במחלקה להורטיקולטורה ומדעי הגידולים באוניברסיטת אוהיו סטייט. אני גו רודריגז מ... היום נראה לכם פרוצדורה לאיסוף ולניתוח נתוני צורה, גודל וצבע של פירות עגבנייה באמצעות מנתח עגבניות.

אנו משתמשים בהליך זה כדי לחקור את המורפולוגיה והצבע של פירות עגבנייה, לכן בואו נתחיל. Tomato analyzer, בקיצור TA, היא תוכנה המודדת 37 מאפיינים הקשורים לצורה דו-ממדית ויכולה גם ללכוד נתוני צבע ב-RGB ובמרחב הצבעים האוניברסלי L star, A star B star באופן חצי-אוטומטי וניתן לשחזור. כאן TA משמשת עם תמונות סרוקות של פירות עגבנייה.

כדי להתחיל בהליך זה, ודאו שהפרי נקי ויבש. אם הפרי הוא בשרי, ודאו שהוא אינו בשל מדי, מכיוון שריכוך עלול לגרום לעיוות הצורה בעת חיתוך הפרי. כדי למדוד עד כמה הפרי שטוח או מוארך, ועבור כל המאפיינים למעט אלו השייכים לקטגוריית החתך הרוחבי, השתמשו בסכין משוננת או להב תער חדש כדי לחתוך את הפרי לאורכו דרך המרכז לצורך מדידת עובי הפריקרפ (pericarp); ועבור כל המאפיינים תחת קטגוריית החתך הרוחבי, וכן חלק מהמאפיינים תחת מדידה בסיסית ומורפולוגיה, חתכו את הפרי לרוחבו.

ניתן לבצע ניתוח צבע בפירות שנחתכו באופן אורכי או רוחבי, וכן בחתכים אחרים שנועדו להדגיש מאפיינים ספציפיים. לבסוף, ייבשו את החלק הפנימי של הפרי על ידי ספיגה עם טישיו או נייר סופג. אם הפרי עסיסי מאוד, הפרי החתוך מוכן כעת לאיסוף תמונות.

עבור אנליזה של תפוקה גבוהה, חיוני לסרוק פירות מצמח אחד או מגנוטיפ אחד בלבד בכל פעם, ולסרוק פירות שנחתכו באופן אורכי או רוחבי, אך לא שילוב של שניהם באותה סריקה. התחילו בהנחה זהירה ומדויקת של הפירות החתוכים על הסורק, כאשר הצד החתוך פונה כלפי מטה. הניחו את הפירות על הסורק קרוב זה לזה אך ללא מגע ביניהם.

ככל שהאובייקטים יהיו מיושרים טוב יותר עם מינימום של שטחים ריקים גדולים ביניהם, כך יידרש פחות התאמה ידנית באמצעות תוכנת עיבוד תמונות כגון Adobe Photoshop. לפני ניתוח הפרי ב-ta, הניחו סרט מידה מעל הפרי כדי לוודא שנבחרה רזולוציית הסריקה הנכונה, דבר החיוני למדידה מדויקת של מאפייני הפרי. הניחו תווית מתחת לפרי כדי לוודא שהקובץ נקרא באופן נכון.

מכיוון שתוכנת ה-TA משתמשת ברזולוציית התמונה כדי למדוד גודל באופן מדויק, בחירה נכונה של רזולוציית הסריקה היא חשובה; ככלל, עבור עצמים שגודלם בין סנטימטר אחד לשמונה, יש לסרוק ב-300 DPI. עבור עצמים הגדולים משמונה סנטימטרים, סרוק ב-100 DPI, ועבור עצמים קטנים מאוד, כגון זרעים, סרוק ב-750 DPI או יותר.

עבור ניתוח של סדרות דגימות שבהן גודל הפרי אינו משתנה באופן משמעותי בין צמחים שונים, בחרו הגדרת רזולוציית סריקה אחת עבור כל התמונות שייאספו עבור אותו ניסוי. כמו כן, הגדירו את גודל תמונת הפלט למספר הצבעים הגבוה ביותר הזמין בתוכנת הסורק. צרו רקע כהה עבור האובייקטים על ידי הנחת קופסת קרטון על גבי מסך הסורק או מעליו.

רקע שחור או כהה מאוד מונע הצטברות של צללים המפריעים לאניליזה. רקע לבן יגרום לקריסה של ה-TA, שכן הוא מותאם לשימוש ברקע כהה. השתקפות אור ורקע עשויים להיות מזוהים גם על ידי סריקת התוכנה.

לאחר הסריקה הראשונית, נחתוך את תמונת הפרי לפני השמירתה כדי למנוע שטחים ריקים גדולים. אם התמונה לא נחתכה בשלב זה, יש לחתוך אותה באמצעות תוכנה לעיבוד תמונות כגון Adobe Photoshop לפני הניתוח עם ta. שמור את התמונה הסרוקה כקובץ JPEG לצורך ניתוח צבע, הכולל המרה של ערכי RGB לפרמטרים L star, A star ו-B star; יש לכייל את הסורק באמצעות כלי בדיקת צבעים (color checker) שהוכן מראש.

כאן נעשה שימוש במבדק צבעים מותאם אישית המייצג את טווח הצבעים בתמונות הרלוונטיות. ניתן להשתמש גם במבדק צבעים סטנדרטי. סרקו את מבדק הצבעים במהלך סריקת הפירות.

שמרו את סריקת לוח כיול הצבעים באותה תיקייה שבה נמצאות סריקות תמונות הפירות. כיול הוא הכרחי מכיוון שסורקים עשויים להשתנות באופן שבו הם לוכדים ומפרשים נתונים. כיול צבע RGB מאפשר את ההמרה למרחב צבעים אוניברסלי לצורך המשך בניתוח התמונות.

גרסה 2.200 של Tomato analyzer דורשת מערכת הפעלה Windows גרסה 2000 ומעלה וניתנת להורדה מהאתר שלנו. מדריך למשתמש ומדריך לבדיקת צבע זמינים גם הם באותו אתר, כדי להבטיח שהתמונות המקוריות יישמרו באותה תיקייה שבה נשמרות התמונות המותאמות שנוצרו על ידי אפליקציית ה-TA. מקם את התיקייה עם התמונות המקוריות בכונן הקשיח ולא בתיקיית "המסמכים שלי" (My Documents) או בשרת מרוחק.

הפעילו את תוכנת ה-TA. ראשית, הגדירו את ה-DPI ואת יחידות המדידה בתפריט ההגדרות על ידי בחירה ב-scanner DPI. הגדרת ה-DPI חייבת להיות זהה לקבצי התמונה כדי שמדידות הגודל יהיו מדויקות.

היחידות המשומשות בתיבת הדו-שיח קובעות את היחידות עבור פלט הנתונים. באותה תיבת דו-שיח, התאימו את הבהירות במידת הצורך כאשר האובייקטים כהים יחסית. לאחר מכן, בחרו את המאפיינים למדידה מתפריט ההגדרות על ידי בחירה ב-measurement saved.

המאפיינים מקובצים ל-10 קטגוריות, ממדידות בסיסיות ועד למורפומטריקה. ניתן לבחור או להסיר בחירה של מאפיינים בודדים או של קבוצת מדידה שלמה על ידי לחיצה על הקבוצה או המאפיין. ניתן להציג את כל המאפיינים של קבוצת מדידה על ידי לחיצה על סימן הפלוס.

המאפיינים שנבחרו מוצגים לפי קטגוריה בחלון בפינה הימנית התחתונה של המסך. לאחר קביעת רזולוציית הקלט ויחידות הפלט ובחירת המאפיינים למניתוח, לחצו על כפתור פתיחת התמונה ובחרו את קובץ התמונה. התמונה הנבחרת תוצג בחלון השמאלי מתוך תיבת הדיאלוג שתיפתח.

כדי לנתח את התמונה הפתוחה, לחצו על כפתור הניתוח (analyze). עם סיום הפעולה, היקפה של כל פרי יסומן בקו צהוב והנתונים יוצגו בחלון הנתונים בפינה הימנית התחתונה. שימו לב כי נתוני הצבע אינם מוצגים בחלון זה.

התוכנה מבטלת באופן אוטומטי את הבחירה של אובייקטים גדולים או קטנים מאוד, כגון סרגל או תווית. האובייקטים שהם אינם נבחרים מודגשים בקו כחול. השתמש בסרגל כדי לוודא שהיחידות והרזולוציה נבחרו בצורה נכונה.

על ידי השוואה למדידות הגובה והרוחב, ניתן לבטל את הבחירה בפירות נוספים באמצעות לחיצה ימנית על תמונתם בלבד. פריטים המסוגרים במסגרת צהובה מוצגים בחלון הנתונים, ופריטים המיוצאים הממסוגרים במסגרת כחולה אינם נכללים בניתוחים. ניתן להציג אובייקטים בודדים בחלון העליון מימין על ידי לחיצה שמאלית עליהם בעזרת העכבר.

הנתונים בחלון הנתונים התחתון מימין תואמים לאובייקט מסוים בתמונה ומוצגים באותו סדר כפי שהאובייקטים מופיעים בתמונה. השורה הראשונה מציגה את הערכים עבור האובייקט בפינה השמאלית העליונה והשורה האחרונה מציגה את הערכים עבור האובייקט בפינה הימנית התחתונה של התמונה. בנוסף ללחיצה על פרי כדי להדגיש את שורת הנתונים התואמת, ניתן ללחוץ על שורה כדי להציג את הפרי התואם בחלון העליון מימין.

על ידי לחיצה על לשונית המאפיינים (attribute) בחלון הימני התחתון, ניתן לצפות באופן שבו נמדד המאפיין עבור כל פרי ספציפי. לדוגמה, לחיצה על זווית הקצה הדיסטלי (distal end angle) תציג את הזוויות על הפרי בחלון השמאלי שיימדדו על ידי התוכנה. תכונה זו שימושית מאוד בעת זיהוי אובייקטים הדורשים התאמה ידנית.

לקבלת מדידות מדויקות יותר, לחיצה על הכפתור המעודכן תציג את ההתאמות הידניות שניתן לבצע באפליקציה. להלן כמה מההתאמות הידניות הנפוצות ביותר. ראשית, לחצו לחיצה שמאלית על אובייקט בתמונת החלון השמאלי אם הוא דורש התאמה ידנית.

אם יש צורך בתיקון הגבול, תקנו מאפיין זה תחילה באמצעות בחירה ב-boundary. מהתפריט הנפתח של כפתור ה-revised, בחרו את מיקום הגבול לשינוי על ידי לחיצה שמאלית על נקודת ההתחלה ונקודת הסיום של הגבול השגוי. כתוצאה מכך, הגבול שהוגדר יוסר.

כדי להוסיף גבול חדש, לחצו לחיצה שמאלית מנקודת ההתחלה לכיוון נקודת הסיום, והמשיכו ללחוץ כדי לעקוב אחר המתאר הרצוי. כדי לאשר את הגבול החדש, לחצו על מקש enter. לחלופין, לחצו על מקש escape כדי לבטל פעולה זו.

עבור אובייקטים הדורשים סיבוב, יהיה צורך לבצע התאמה לאחר הגדרת הגבול, אך לפני שאר ההתאמות הידניות; לחצו על הפרי המתאים בחלון השמאלי. לחצו על החץ לצד כפתור ה-revised ובחרו באפשרות rotate מרשימת הדרופ-דאון, והציר יוצג בחלון הימני העליון. גררו את הריבוע הירוק בקצה הציר והפרי יסתובב בהתאם.

לחץ על מקש ה-enter כדי להשלים כיוון זה. ניתן לבצע כיוונים ידניים נוספים. ההוראות מופיעות בפרוטוקול הכתוב המצורף.

עבור מאפיינים מסוימים, כגון זוויות וריבועיות (blockiness), בחרו את ההגדרות שבהן יש לבצע את המדידה. ניתן לחשב את הזוויות במיקומים שונים מקצות הפרי. הגדרות אלו ניתנות לבחירה בתפריט ההגדרות.

מדד הבלוקיות (Blockiness) מחושב כיחס בין הרוחב בנקודה הנמצאת בשיעור מסוים מהגובה, הקרוב לקצה הדיסטלי או הפרוקסימלי של הפרי, לבין הרוחב במרכז הפרי. לצורך בדיקת הצבע, יש לכייל את הסורק. ראשית, פתח את תמונת כרטיס כיול הצבעים (color checker) שנסרקה, ונתח אותה באותה הדרך שהודגמה עבור הפרי.

כדי לאסוף ערכי L star, A star ו-B star, ודאו ש-TA מזהה כל פסיפס כאובייקט לניתוח המסומן בקו גבול צהוב. בשימוש בלוח בדיקת צבעים סטנדרטי, ייתכן שהתוכנה לא תצליח לזהות את הפסים כהים יותר. צבעים אלו לא ייכללו בכיול.

ניתן לשפר את זיהוי השטח (swath recognition) על ידי שינוי הבהירות תחת scanner DPI בתפריט ההגדרות. לאחר מכן, בתפריט ההגדרות, בחרו ב-color test לצורך כיול. יש להשתמש בהגדרות ברירת המחדל כאשר מופיעה תיבת הדיאלוג.

וודאו שערכי התיקון מוגדרים כ-one עבור השיפוע (slope) בתיבות השמאליות וכ-zero עבור נקודת החיתוך עם ציר ה-y (y intercept) בתיבות הימניות. יש להגדיר את ערך הכחול המינימלי (Minimum blue value) כ-zero, וניתן להתעלם מהפרמטרים one ו-two. כעת לחצו על כפתור ה-analyze בתוך תיבת הדיאלוג של בדיקת הצבע (color test).

חלון חדש מופיע לשמירת הפלט במסמך Excel. הגדירו את השם ואת הספריה עבור קובץ הנתונים. קובץ נתוני הפלט יכיל את ערכי ה-RGB, ערכי ASTAR B של הכוכב וחישובים עבור HU וכרומטיות.

עבור כל ריבוע צבע, שרטט את ערכי L star ASTAR B של כל ריבוע צבע אל מול ערכי הצבע של L star, A star ו-B star, הזמינים מהיצרן של בודק הצבעים (color checker) או בפרוטוקול הכתוב המצורף. קבע את משוואת הרגרסיה ורשום את השיפוע ואת נקודת החיתוך עם ציר ה-y עבור כל פרמטר. בתיבת הדיאלוג של בדיקת הצבע, הזן את ההופכי של השיפוע ואת הסימן ההפוך של ערך נקודת החיתוך עם ציר ה-y.

עבור L star, A star ו-B star, ערכים אלו ישמשו כערכי תיקון. עבור הגדרות בדיקת הצבע, הגדירו בתיבת הדיאלוג זו את ערך הכחול המינימלי ל-30 עבור פרי עגבנייה.

אם הפירות קטנים משלושה סנטימטרים, הגדירו את ערך הכחול המינימלי ל-20. ייתכן שיהיה צורך להתאים ערך זה אם TA מתקשה במציאת הגבולות הנכונים או אם מנתחים אובייקטים שאינם פירות עגבנייה. בדיקת הצבע מאפשרת למשתמש להגדיר שני פרמטרים המדווחים על אחוז הפיקסלים הנמצאים בטווחים מוגדרים.

מספר ערכים לניתוח עגבניות קובעים את הערכים התחתון והעליון עבור פרמטר אחד ב-70 וב-100 בהתאמה, המתאימים לצבעי צהוב וירוק בלתי רצויים. צבע בשר צהוב. קבע את הערכים התחתון והעליון עבור פרמטר שני ב-0 וב-50 בהתאמה.

אלו תואמים לצבע האדום הרצוי. שמרו את ההגדרות עבור ערכים אלו. ערכים אלו יוחלו לאחר מכן על כל התמונות המנותחות עד לסגירת התוכנה.

עבור תמונות סרוקות, בחרו באפשרות Illuminate C two degree ולא באפשרות Illuminate D 65 10 degree, המיועדת רק לתמונות שנרכשו באור טבעי לאחר כיול. נתחו את צבעי תמונות הפרי לאחר ביצוע התאמות ידניות של תמונה וניתוח תמונה על ידי TA, כפי שפורט בפרוטוקול הכתוב המצורף. לחצו על כפתור save fruit.

כל המידע הנוכחי, כולל התאמות ידניות ואובייקטים שבוטלו, נשמרים בקובץ חדש הנושא את אותו השם של תמונת המקור. כדי לחזור לקובץ תמונת המקור ללא ההתאמות, פשוט מחקו את קובץ ה-TMT המשויך. לחלופין, ניתן לבחור ב-analyze ולבצע ניתוח מחדש של תמונת המקור.

עם זאת, שימו לב כי כל קובץ TMT בעל שם זהה לתמונה שנסרקה יישאר מקושר לתמונה המקורית, אלא אם כן הוא ייכתוב מעל הקובץ הקיים כדי לשמור שינויים. ניתן לייצא נתונים על ידי בחירה בכפתור הייצוא, והנתונים ייוצאו לקובץ Excel. ערכי התכונות עבור כל פרי, הממוצע וסטיית התקן מוצגים.

פונקציית ניתוח הערימה (batch analysis) מאפשרת ייצוא של ערכי מאפיינים משתי תמונות או יותר. הפעילו את ניתוח הערימה על ידי לחיצה על כפתור פתיחת התמונה. בחרו את קבצי התמונות לניתוח הערימה.

קבצים מרובים נבחרים באמצעות מקש ה-shift או ה-control בזמן בחירת קבצים נוספים. לאחר בחירת הקבצים, לחיצה על מקש הפתיחה מאפשרת לבחור את סוג פלט ניתוח האצווה: ממוצע בלבד, ממוצע וסטיית תקן, או מדידות בודדות לכל תמונה.

בחרו שם לקובץ ה-Excel שיווצר ולחצו על מקש השמירה. התוכנה תפתח את הקבצים באופן אוטומטי ותתחיל בניתוח הגיגאי (batch analysis). אם קובצי התמונה נותחו ונשמרו בעבר על ידי ta, קובצי ה-TMT השמורים ייפתחו לצורך הניתוח הגיגאי.

אם הקבצים לא נותחו בעבר, התוכנה מבצעת את ניתוח התמונות ללא התאמות ידניות ובחירות DES; ה-TA יכול לבצע ניתוח אצומה (batch analysis) של לפחות 100 תמונות ברזולוציה של 600 DPI. ניתן להשתמש בניתוח אצומה גם עבור בדיקת הצבע, כאשר ניתן לנתח באצומה עד 100 תמונות פירות, בהתאם לחומרת המחשב. פתחו את אפשרות בדיקת הצבע תחת תפריט ההגדרות.

סמנו את אפשרות ניתוח הסבכה (batch analysis) ולחצו על Analyze. יופיע חלון חדש לבחירת התמונות לניתוח. בחלון הבא, הגדירו את השם ואת הסביבייה (directory) עבור קובץ הנתונים.

לחצו על שמירה (save) וניתוח האצווה של בדיקת הצבע יתחיל. להלן תוצאות הצורה והצבע עבור שתי תמונות המייצגות שונות בעגבנייה. קבצי הפלט של שתי התמונות מופיעים מימין ומציגים את הערכים של מספר מאפייני צורה וצבע עבור כל פרי.

תוצאות ניתוח הסדרות מוצגות בקובץ פלט זה, המראה את ערכי הממוצע של מאפייני הצורה ואת סטיית התקן עבור 10 זני עגבניות. פלט ניתוח הצבע של ניתוח הסדרות מכיל ערכי צבע ממוצעים עבור כל פרי, כמו גם פרמטרים נוספים. הרגע הצגנו לכם כיצד לאסוף תמונות של פירות עגבנייה ולנתח אותן באמצעות המאפיינים הנפוצים ביותר הזמינים ב-tomato analyzer.

למרות שתוכנה זו פותחה לצורך ניתוח של פירות עגבנייה, ניתן להשתמש בה גם לניתוח של איברים אחרים בצמח, כולל עלים וזרעים, וכן עבור עגבנייה ומיני צמחים אחרים. זהו כל הדבר. תודה לצפייה ובהצלחה בניסוי שלכם.