Protocollo per la produzione di Video tridimensionale a raggi infrarossi di congelamento in piante

Sommario

Qui, presentiamo un protocollo per una pianta di fragola congelamento in 3 dimensioni di immagine. Due telecamere ad infrarossi posizionate ad angolature leggermente differenti sono utilizzati per produrre un video anaglifi rosso-blu per osservare il congelamento dell'impianto in 3 dimensioni.

Abstract

Congelamento in piante possa essere monitorato utilizzando termografia ad infrarossi (IR), perché quando l'acqua congela, emana calore. Tuttavia, problemi con contrasto di colore fanno 2-dimensioni immagini a infrarossi (2D) un po' difficile da interpretare. Visualizzazione di un'immagine IR o il video di piante congelamento in 3 dimensioni (3D) consentirebbe una più accurata identificazione dei siti di nucleazione di ghiaccio nonché la progressione di congelamento. In questa carta, dimostriamo un mezzo relativamente semplice per produrre un video 3D a infrarossi di una pianta di fragola di congelamento. Fragola è una coltura economicamente importante cui è sottoposto un inaspettato primavera congelare eventi in molte aree del mondo. Una comprensione accurata del congelamento in fragola fornirà sia gli allevatori e i coltivatori con modi più economici per evitare danneggiamenti agli impianti durante condizioni di gelo.

La tecnica prevede un posizionamento di due telecamere IR ad angolature leggermente differenti per filmare la fragola di congelamento. I due flussi video verranno sincronizzati con precisione utilizzando un software di cattura schermo che registra contemporaneamente entrambe le fotocamere. Le registrazioni verranno quindi importate nel software di imaging e trattati con una tecnica di anaglifi. Utilizzando occhiali rosso-blu, il video 3D renderà più facile per determinare il sito preciso di nucleazione di ghiaccio sulle superfici di foglia.

Introduzione

Pur vivendo in un mondo delle tre dimensioni fisiche, i ricercatori sono spesso limitati a riferire le osservazioni visive in 2D. Anche se immagini 2D sono generalmente sufficienti per comunicare informazioni importanti, questa mancanza di informazioni sulla profondità limita la nostra capacità di percepire e comprendere la complessità di oggetti del mondo reale. ¹

Questa carenza di informazioni sulla profondità fornito un incentivo a produrre video 3D principalmente nell'industria cinematografica commerciale dal primi anni del 1900¹. Tuttavia, generando informazioni 3D in immagini fisse e video è ostacolata dalle complessità coinvolte nella produzione di tali immagini. L'approccio più semplice per la generazione di film in 3D si basa su principi utilizzati nella fotografia stereoscopica. Fotografia stereoscopica utilizza due immagini dello stesso oggetto da punti di vista leggermente diversi che trasmette un'immagine 3D nel cervello. Per rendere questo possibile, ogni occhio deve guardare solo alla sua rispettiva immagine (cioè, l'occhio sinistro l'immagine di sinistra e l'occhio destro l'immagine di destra). Dal momento che gli occhi non lo farà naturalmente, copricapo stereoscopico è stato progettato per rendere questo possibile¹. Diversi stereoscopico visualizzato tecniche, anche come polarizzazione interlacciata, tempo-multiplex e tecniche di esposizione testa-supporto, sono state utilizzate durante lo sviluppo di film in 3D, ma il metodo di colore-intreccio o anaglifi utilizzando rosso e verde (o ciano) occhiali è una delle tecniche più semplici e meno costose. Per una rassegna completa di imaging 3D e le varie tecniche coinvolte, vedere la recensione di Geng¹.

Monitoraggio di congelamento in piante mediante termografia IR si basa sul principio che quando l'acqua congela, deve abbandonare energia interna². Questa energia è sotto forma di calore, che è rilevabile nella regione IR dello spettro elettromagnetico. Telecamere in grado di registrare l'energia IR sono stati in uso dal 1929³. È il primo rapporto pubblicato utilizzando la tecnologia IR alla pellicola di congelamento in piante da Cecardi et al. ², ma la risoluzione della fotocamera utilizzata rende difficile determinare con precisione il tessuto dove è iniziato il congelamento. Wisniewski et al. ⁴ determinato più precisi siti di nucleazione di ghiaccio in diverse specie di piante utilizzando una fotocamera a risoluzione più elevata. Come la tecnologia utilizzata in termografia IR migliorata, immagini ad alta risoluzione ha portato a scoperte come ostacoli al congelamento⁵ e la precisa localizzazione cellulare di ghiaccio formazione⁶.

Una difficoltà a riprese di soggetti in IR è causata da piccole differenze di temperature. In questo modo la maggior parte degli oggetti nel campo visivo di un colore simile, che lo rende difficile determinare con precisione quali oggetti sono congelamento. Questo può essere importante quando per determinare l'ordine di congelamento in tessuti specifici, come foglie o radici nel grano⁶. Se il video di IR di piante di congelamento potrebbe essere imaged in 3D, potrebbe essere migliorata la precisione di determinare quale parte della pianta è gelida a un certo punto nel tempo.

Fragola è una coltura in alcune zone degli Stati Uniti in cui le temperature di congelamento sono di notevole preoccupazione per i coltivatori. In alcune condizioni di coltivazione, è comune per i fiori della fragola a comparire congelare 2-3 settimane prima della media la scorsa primavera. Un evento di blocco può verificarsi più tardi giugno in alcune zone dei Monti Appalachi⁷ e solitamente risultati nella morte del fiore. Protezione antigelo è, pertanto, fondamentale per congelare i coltivatori di fragole in aree soggette a questi eventi. Fragola coltivatori in Carolina del Nord, ad esempio, gelo-devono proteggere, in media, tra 4-6 eventi di gelo prima della fioritura e si blocca dura 1-2 durante la prima fioritura periodo⁸. Per aiutare a sviluppare fragola genotipi che sono più tolleranti di congelamento, è importante capire i vari aspetti del congelamento, come ad esempio i siti di ghiaccio nucleazione e propagazione in altre parti della pianta. Termografia IR offre un mezzo efficace per affrontare questi problemi.

Qui, usiamo fragola per illustrare una tecnica per la registrazione di eventi congelamento in 3D utilizzando il metodo di anaglifi. Fragola è adatto per questo esempio, perché le foglie e i fiori sono ampiamente distribuiti nello spazio 3D e possono essere difficili da differenziare quando hanno visto in video 2D a infrarossi.

Protocollo

1. preparazione

1. Raccogliere le attrezzature, materiali e software per registrare ed elaborare il video dell'impianto di congelamento.
   1. Avviare un congelatore programmabile impostando l'interruttore di accensione su One impostare la temperatura a 0 ° C. Programma il congelatore per raggiungere-8 ° C a 1 ° C/h.
2. Posizionare una pianta della fragola 6 settimane-vecchio con 2-5 fiori che è stato coltivato in un contenitore da 1L nel congelatore.
3. Impostare 2 telecamere IR (ad es., telecamere FLIR T620) utilizzando cinghie di fissaggio e un piccolo blocco di legno per produrre l'angolo di convergenza corretta delle lenti.
   Nota: La distanza ottimale per il centro delle lenti di 2 macchine fotografiche dello spazio è generalmente considerata essere lo stesso come la distanza tra gli occhi¹ o circa 7 cm.
4. Montaggio sia su un 10 x 10 cm laboratorio jack e posizione abbastanza alla pianta per consentire l'immagine da mettere a fuoco vicino il jack nel congelatore. Regolare le telecamere verticalmente e orizzontalmente affinché la stessa parte della pianta è visibile da entrambe le fotocamere. Utilizzare il jack per posizionare entrambe le fotocamere in verticale in modo che le 2 immagini contengono il di piante intere e una parte del terreno.
5. Collegare le 2 telecamere utilizzando un connettore USB per le prese USB sul computer.
6. Inserire le 2 uscite di a/c in entrambe le fotocamere per consentire il monitoraggio continuo delle piante.

2. computer e l'installazione di Software per la registrazione

1. Aprire 2 finestre (1 per ogni telecamera) del software facendo doppio clic sull'icona per il software della telecamera IR 2 x. Seguire le istruzioni nel menu aiuto per collegare la telecamera a sinistra nella finestra di sinistra e la telecamera a destra nella finestra di destra.
   Nota: I dettagli per l'utilizzo del software possono essere letta attraverso il menu aiuto. Una tavolozza monocromatica è più adatta per questo esempio a causa della necessità di utilizzo di colorazione rosso-blu per il rendering 3D.
2. Aprire il software di cattura schermo facendo doppio clic sull'icona per il programma. Regolare il fotogramma acquisito facendo clic e trascinando il telaio in modo che include entrambe le fotocamere per consentire una cattura dello schermo di entrambe le telecamere contemporaneamente.
   Nota: Schermata di cattura il flusso video da entrambe le telecamere contemporaneamente è fondamentale perché permette una sincronizzazione perfetta di visite sia a sinistra che a destra.
3. Registrare i video con incrementi di 3 h per un'elaborazione più facile del software di elaborazione video.
   Nota: È impossibile sapere esattamente quando la pianta si blocca, quindi è importante a record per qualche tempo prima dell'evento di congelare. La possibilità di registrare in segmenti è una caratteristica di questo software, quindi è consigliabile che questa viene impostata per registrare per 3 h. Il software verrà automaticamente salvare la registrazione di 3 h e poi iniziare una nuova registrazione. Il file per ogni 3-ore di registrazione verrà assegnato automaticamente una sequenza numerica dopo il nome. Ogni file video sarà da 10 a 20 GB, quindi assicurarsi che spazio sufficiente sia disponibile su un disco rigido per più file di queste dimensioni.
4. Avviare il programma di congelatore selezionando Esegui nel menu controller e iniziare la cattura dello schermo. Quindi premere il tasto Rec sulla finestra. Assicurarsi che la struttura Mostra la regione dello schermo viene catturato diventa rossa.
5. Registrare la pianta di fragola congelamento fino a-8 ° C e tenere la temperatura del freezer per 1 h.
6. Alzare la temperatura del congelatore a 2 ° C/h fino a quando il congelatore è a + 2 ° C. Interrompere la registrazione.
   Nota: Il totale tempo di congelamento è 14 h.
7. Convertire i file di interesse da formato. MP4 in. MOV utilizzando un software di conversione di file.
   Nota: In questo caso, un file di singolo 3h contenenti 1 o più eventi di blocco verrà utilizzato.

3. elaborazione Video utilizzando un Video Software di Imaging

Nota: Video software di imaging sarà utilizzato in questo esempio. Tutorial su come utilizzare il software sono disponibili online. Questo esempio presuppone una conoscenza di base del software. La comprensione di termini come "composizione", "strato" e "coda di rendering", così come i vari pannelli e come modificarli, è presupposto.

1. Fare doppio clic in un punto qualsiasi all'interno del pannello progetto per importare il file. MOV di interesse nel software di imaging e trascinare il file sull'icona di composizione nella parte inferiore del pannello progetto. Quindi salvare il progetto nella stessa cartella che contiene il video originale.
   Nota: Il video registrato sarà visibile nel riquadro di anteprima.
2. Fare clic sull'icona Area di interesse lungo la parte inferiore della finestra di anteprima e, utilizzando il cursore, delineare solo la registrazione dalla videocamera sinistra.
3. Trascinare l'icona di composizione per creare una seconda composizione dello stesso video lo stesso video. MOV. Ripetere il punto 3.3, ma questa volta, è possibile utilizzare il cursore per selezionare solo la fotocamera giusta.
4. Selezionare composizione > Ritaglia Comp per area di interesse per la vista di sinistra. Ripetere questa operazione per la vista giusta. Rinominare ogni composizione per indicare che è destra e sinistra.
5. Evidenziare la composizione sinistra facendo clic su di esso e, nel menu principale in alto, selezionando composizione > Aggiungi a coda di rendering.
6. Nella coda di rendering, fare clic su Modulo di Output e assicurarsi che il video verrà visualizzato come un video (ad esempio, un video di QuickTime). Fare clic sulle Impostazioni di rendering per ridurre la risoluzione per consentire un rendering più veloce. Fare clic su Output, nome dei video Sinistra di fragolae salvarlo nella stessa cartella come la registrazione originale e il progetto. Fare clic su Salvae quindi fare clic sul pulsante Render al lato superiore destro del pannello render.
7. Ripetere il passaggio 3.6 per la composizione di Destra di fragola .
8. Fare doppio clic sul pannello progetto e importare i video di destra e Sinistra di fragola Fragola che sono stati appena resi.
9. Evidenziare entrambi i video e trascinarli sull'icona di composizione nella parte inferiore del pannello progetto. Nella schermata pop-up chiedendo per la Durata fissa, immettere 3 con 5 zeri per una durata di 3 h.
   Nota: Entrambi i video, precisamente sincronizzati, sarà nel pannello progetto, ma solo il video più in alto nel pannello Composizione sarà visibile.
10. Per visualizzare l'altra immagine, fare clic sul piccolo bulbo oculare per disattivare i layer. Premere CTRL/W per permettere un controllo rotazione delle immagini nel pannello anteprima utilizzando il cursore. Utilizzando il cursore e cliccando lo strato superiore e spegnere, regolare l'aspetto rotazione della parte superiore o la vista dal basso per assicurarsi che entrambe le immagini sono sullo stesso piano di rotazione. Quindi regolare la X - e Y-aereo direttamente all'interno della subroutine di occhiali 3D.
11. Evidenziare lo strato superiore del pannello Composizione e scegliete effetto > prospettiva > occhiali 3D dal menu nella parte superiore.
    Nota: I parametri per il 3D occhiali effetto pop-up all'interno del pannello di controllo.
12. Nel pannello di controllo, fare clic sulla casella a destra della "vista sinistra" — Se il pannello di controllo non è separato dal pannello progetto, fare clic sulla scheda Pannello di controllo nella parte superiore del pannello progetto. Elenco i 2 video nel pannello Composizione in un menu a discesa, evidenziare il video nell'elenco per la "vista sinistra". Ripetere questo passaggio per "vista destra".
13. Nella casella a destra della vista 3D, selezionare Rosso blu LR.
14. Utilizzando occhiali rosso-blu, ispezionare la visualizzazione nel pannello progetto. Se la vista 3D sembra essere corretto, prova a cliccare Scambia sinistra-destra. Regolare la convergenza di scena e allineamento verticale per eliminare qualsiasi ceppo ghosting e occhio.
15. Quando l'aspetto 3D del video è accettabile, evidenziare la composizione facendo clic su di esso e selezionare composizione > Aggiungi a coda di rendering come è stato fatto nel passaggio 3,7. Il rendering del video nella stessa cartella degli altri file nel progetto.
    Nota: Questo file sarà piuttosto grande. Una volta che il file è stato reso, può essere nuovamente eseguito il rendering di file di dimensioni ridotte utilizzando il software di elaborazione video.

Risultati

Sorprendentemente, il video di IR della pianta della fragola congelamento (Supplemental Video 1) indicato che non tutti i fiori/foglie congelato allo stesso tempo. Le foglie e i fiori congelato singolarmente a temperature diverse, ma le foglie si è bloccato prima che i fiori e ad una temperatura superiore. Inoltre, il congelamento ha cominciato nelle foglie, ma non necessariamente nella stessa posizione su ogni foglia. Mentre questi risultati non sono stati descritti prec...

Discussione

Due telecamere IR sono necessari per questo protocollo, ed essi devono essere rivolti verso il soggetto da angolazioni leggermente diverse¹. Ciò richiederà le lenti per essere da 5-8 cm tra loro, ma entrambi devono essere finalizzati allo stesso posto al soggetto di essere filmata. Le lenti della fotocamera da 2 può essere considerato una sorta di surrogato per gli occhi dello spettatore. La telecamera a sinistra è analoga all'occhio sinistro e la fotocamera giusta per l'occhio destro. Il software...

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Termocamera T620 e software	FLIR	55903-5122	sono necessarie 2 termocamere. Il software funziona solo su un computer basato su Windows
After Effects	Adobe	15.0.1.73	Software di editing video di post-produzione
Bandicam	Bandisoft	4.1.2.1385	Software di cattura dello schermo
Forbice da laboratorio Jack	Eisco	CH0642A	Piattaforma in acciaio 13X15 cm
Cinghia di fissaggio	Velcro	90441	Per tenere la fotocamera sul jack. Dovrebbe essere almeno 60 cm di lunghezza per 2 cm di larghezza
Media Converter	iSkysoft	10.0.6	Software per convertire i file mp4 in .mov