植物の凍結の三次元赤外線ビデオを制作するためのプロトコル

サマリー

ここでは、イチゴ植物の 3 つの次元で凍結をイメージするためのプロトコルを提案する.わずかに異なる角度で配置されている 2 台の赤外線カメラを使用して、3 つの次元の植物の凍結を観察する赤青アナグリフ動画を生成します。

要約

植物の凍結監視できます赤外線 (IR) 水がフリーズしたとき熱を発するため。ただし、色のコントラストの問題難しく 2 次元 (2 D) 赤外線画像やや解釈します。IR イメージまたは 3 次元 (3 D) で凍結植物のビデオを表示すると、氷核生成のためのサイトのより正確な同定だけでなく、凍結の進行でしょう。本稿では、凍結いちごプラントの 3 D 赤外線ビデオを生成する比較的単純な手段を示しています。イチゴは、世界の多くの地域でイベントのフリーズ予期しない春を受ける経済的に重要な作物です。ブリーダーと凍結状態時に植物に損傷を防ぐためにより経済的な方法と栽培イチゴの凍結の正確な理解を提供します。

このテクニックは、冷凍イチゴを映画にわずかに異なる角度で 2 つの赤外線カメラの位置決めを伴います。同時に両方のカメラを記録する画面キャプチャ ソフトウェアを使用して、2 つのビデオ ストリームを正確に同期されます。録音が、イメージング ソフトウェアにインポートできなくなり、アナグリフ技術を使用して処理されます。赤青のメガネを使用すると、3 D 映像がやすく葉の表面に氷核生成の正確なサイトを判別します。

概要

物理的な 3次元の世界に住んでいるにもかかわらず、研究者は 2次元の視覚的な観測をレポートに制限多い。2 D 画像が重要な情報を伝えるために一般に十分なの深さに関する情報のこの欠乏は感知し、現実世界のオブジェクトの複雑さを理解する当社の能力を制限します。¹

深さに関する情報のこの欠乏は、¹の初期の 1900 年代以来商業映画産業を中心に 3 D 映像を生成するインセンティブを提供しています。ただし、静止画像およびビデオでクリアな 3 D 情報を生成すると、それらのイメージの作成にかかわる複雑さが原因で妨げられています。3 D 映画を生成する最も簡単な方法は、立体写真で使用の原則に基づきます。立体写真は、脳内で 3 D イメージを伝えるわずかに異なる角度から同じオブジェクトの 2 つの画像を利用しています。これを可能にするために、それぞれの目は (すなわち、左目で左側の画像、右目で右側の画像)、それぞれのイメージでのみ調べる必要があります。目がない当然のことながらこれを行うので、立体の帽子はこの可能な¹をように設計されています。いくつか立体 3 D 映画は、赤と緑 (またはシアン) を使用してカラー インター レースまたはアナグリフ メソッドがの開発中に使用されているテクニック、同様偏波インター レース、時間多重とヘッド マウント ・ ディスプレイ技術を表示します。ガラスは、最も簡単なと最も高価な手法の一つです。3 D イメージングと関連する様々 な技術の包括的な見直し、庚¹レビューを参照してください。

原則に基づいて監視赤外線サーモグラフィを用いた植物の凍結水がフリーズしたときそれは内部エネルギー²を放棄する必要があります。このエネルギーは電磁スペクトルの赤外領域の検出には、熱の形で。赤外線エネルギーを記録することができるカメラは、1929年³以来使用されています。IR フィルムの植物の凍結技術を使用して最初のパブリッシュされたレポートは、Cecardiらから²、使用するカメラの解像度が、組織の凍結を開始する場所を正確に判断することは困難になります。ウィスニエフ スキーら⁴には、高解像度のカメラを使用していくつかの植物の氷核生成のより正確なサイトが決定されます。赤外線サーモグラフィの改善に使用される技術が、高い解像度の画像は⁵と⁶氷形成の正確な局在を凍結への障壁など発見をもたらした。

IR の被験者を撮影の 1 つの難しさは、温度のわずかな違いが原因です。ほとんどのオブジェクト フィールドのビューを正確にどのオブジェクトは、凍結を決定するが難しく、同じような色になります。これは、葉または小麦⁶の根など、ある特定の臓器凍結の順序を決定するときに重要です。植物の凍結の IR ビデオを 3 D で描出できた、植物のどの部分は時間の特定の時点で凍結を決定する精度が向上があります。

イチゴは、氷点下の気温が生産者のためかなりの懸念であるアメリカ合衆国の特定の領域での作物です。いくつかの成長の条件の下で、表示平均昨年春の前に 2 〜 3 週間を凍結するイチゴの花が一般的です。凍結イベントは、6 月の後半の花の死でアパラチア山脈⁷通常結果の一部の地域で発生します。したがって、霜保護です重要なは、これらの対象地域でのイチゴ栽培冷凍イベント。たとえば、ノース カロライナ州のイチゴ栽培する必要があります霜保護平均で 4-6 霜イベント前にブルームと前半 1-2 ハード フリーズ開花期間⁸の間。凍結耐性は、イチゴの品種を開発するのに役立つ、凍結、氷核形成と植物の他の部分へ伝播のサイトなどのさまざまな側面を理解することが重要です。赤外線サーモグラフィは、これらの問題に対処するための効果的な手段を提供します。

ここでは、イチゴを使用して 3 d アナグリフ法を用いた凍結イベントを記録するための手法を示します。イチゴは、葉と花 3 D 空間が広く分布し、2 D 赤外線映像で表示する場合を区別するために困難にすることができますのでこの例に適しています。

プロトコル

1. 準備

1. 機器、材料、および記録および植物の凍結のビデオを処理するソフトウェアを収集します。
   1. で、電源スイッチを設定することによってプログラム可能な冷凍庫を起動し、0 ° C に温度を設定プログラムは、冷凍庫には 1 ° C/時間-8 ° C に達する。
2. 1 つ 6 週古いイチゴの植物 2-5 花と冷凍庫に 1 リットル容器で栽培されていたを配置します。
3. 2 IR カメラ (例えば、FLIR T620 カメラ) を設置固定ストラップと木製の小さなブロックを使用して、レンズの正しい収束角度を生成します。
   メモ: 2 台のカメラのレンズの中心のスペースに最適な距離は、一般的に目¹または 7 cm 間の距離と同じにすると見なされます。
4. 10 × 10 cm 研究室ジャックと冷凍庫の中でジャックが集中するイメージを許可する植物に十分に近い位置に両方のカメラをマウントします。垂直方向と水平方向にカメラを調整して植物の同じ部分が両方のカメラから表示されます。ジャックを使用して、垂直方向に全体の植物や土の部分に 2 のイメージが含まれているような方法で両方のカメラを配置します。
5. コンピューターの USB コンセントに USB コネクタを使用して 2 台のカメラを接続します。
6. 植物の継続的な監視を許可する両方のカメラ 2 の A/C コンセントに差し込みます。

2. コンピューターおよび録音のためのソフトウェアのセットアップ

1. IR カメラ ソフトウェア 2 のアイコンをダブルクリックしてソフトウェアの 2 つのウィンドウ (カメラごとに 1 ウィンドウ) を開く x。[ヘルプ] メニューの左側のウィンドウで左のカメラと右側のウィンドウで右のカメラを接続する指示に従います。
   注: ソフトウェアを使用しての詳細は、[ヘルプ] メニューからアクセスできます。単色パレットは、この例では赤青の 3 D レンダリングの着色を使用しての必要性のために最適です。
2. 画面キャプチャ ソフトウェアを開くには、プログラムのアイコンをダブルクリックします。クリックし同時に両方のカメラのスクリーン キャプチャを許可する両方のカメラが含まれていますので、フレームをドラッグして取り込み枠を調整します。
   注: 両方のカメラからのビデオ ストリームを同時にキャプチャ画面は、それは左と右のビューの完璧な同期を可能にするため重要です。
3. ビデオ処理ソフトウェアで簡単に処理 3 h 単位でビデオを記録します。
   注: フリーズ イベントの前にいくつかの時間記録することが重要ですので、植物がフリーズを正確を知ることは不可能はないです。セグメントに記録するオプション、このソフトウェアの機能なので、これが 3 時間を記録する設定がお勧め。ソフトウェアは自動的に 3 h の記録を保存し、新しい録音を開始します。3 h 記録用ファイルが自動的に名前の後数値のシーケンスが与えられます。各動画ファイルになります 20 gb 10 からこのサイズの複数のファイルのハード ドライブ上に十分な領域があることがように。
4. コント ローラー メニューの実行を選択することにより冷凍庫プログラムを起動し、画面キャプチャを開始します。ウィンドウのRecボタンを押します。キャプチャする画面の領域を示すアウトラインが赤色を確認します。
5. イチゴの植物の-8 ° C まで凍結を記録し、1 時間冷凍庫の温度を保持します。
6. 冷凍庫が +2 ° c. になるまで 2 ° C/h で冷凍庫の温度を上げる録音を停止します。
   注: 凍結時間合計は 14 h です。
7. 目的のファイルを .mp4 フォーマットから .mov ファイル変換ソフトウェアを使用してに変換します。
   注: この場合、1 つ以上の凍結イベントを含む単一の 3 h ファイル使用されます。

3. ビデオ イメージング ソフトウェアを使用してビデオの処理

注: ビデオ イメージング ソフトウェアは、この例で使用されます。ソフトウェアを使用する方法についてのチュートリアルがオンラインあります。この例はソフトウェアの基本的な知識を仮定します。「組成物」、「層」と「レンダー キュー」、と同様、様々 なパネルと、それらの操作方法など用語の理解前提すると。

1. イメージング ソフトウェアに興味の .mov ファイルをインポートし、プロジェクト パネルの下部にコンポジションアイコンにファイルをドラッグするには、[プロジェクト] パネル内には、任意の場所をダブルクリックします。元動画と同じフォルダーにプロジェクトを保存します。
   注: 録画されたビデオはプレビュー ウィンドウに表示されます。
2. プレビュー ウィンドウの下部にある関心領域のアイコンをクリックし、カーソルを使用して、左のカメラから記録だけを説明します。
3. 同じ .mov ビデオを同じビデオの 2 番目のコンポジションを作成するコンポジションアイコンにドラッグします。3.3、手順を繰り返しますが、今回は、右のカメラのみを選択するのにカーソルを使用します。
4. コンポジションを選択 > 左側のビューの作物は、関心のある領域にコンプをします。右側のビューに、この手順を繰り返します。左と右であるを示す各構成の名前を変更します。
5. それと、組成を選択上部メイン メニューをクリックして左の組成をハイライト表示 >レンダー キューに追加します。
6. レンダー キューで出力モジュールをクリックし、ビデオはビデオ (例えば、QuickTime ビデオ) としてレンダリングされるかどうかを確認します。高速レンダリングできるように解像度を下げるレンダリング設定をクリックします。への出力イチゴ左ビデオの名前をクリックし、元の録音や、プロジェクトと同じフォルダーに保存します。保存をクリックし、[レンダリング] パネルの右上で [レンダリング] ボタンをクリックします。
7. イチゴ右組成の 3.6 のステップを繰り返します。
8. プロジェクト パネルをダブルクリックし、レンダリングされたちょうどイチゴ左とイチゴ右のビデオをインポートします。
9. 両方のビデオを選択し、プロジェクト パネルの下部にコンポジション アイコンにドラッグします。まだ期間を求めるポップアップ画面、3 h の持続期間のための 5 0 3 を入力します。
   注: 両方のビデオは、正確に同期はプロジェクト パネルになるが、コンポジション パネルの最上位のビデオのみが表示されます。
10. 他のイメージを表示するには、画層をオフに少し眼球をクリックします。カーソルを使用してプレビュー パネルでの画像の回転制御を許可するようにコントロール/Wを押します。カーソルを使用して、オンとオフを最上位のレイヤーをクリックして、上部または両方のイメージは、同じ回転面を確認する底面の回転面を調整します。3 D メガネ サブルーチン内で直接の X および Y 平面を調整します。
11. コンポジション パネルの最上位のレイヤーを強調表示および効果を選択 >視点> 上部メニューから3 D メガネ。
    注: 3 D のパラメーター メガネ効果ポップアップ表示されますコントロール パネル内。
12. コントロール パネルで「左表示」の右側のボックスをクリックして、コントロール パネルは、プロジェクト パネルから分離されていません、プロジェクト パネルの上部にコントロール パネル」タブをクリックします。ドロップ ダウン メニューでコンポジション パネルで 2 の動画を一覧表示、「左ビュー」のリストにビデオをハイライトします。「右側面図」に対してこの手順をを繰り返します。
13. 、 3 D ビューの右側のボックスで赤青 LRを選択します。
14. 赤青のメガネを使用すると、プロジェクト パネルの表示を確認します。3 D ビューは、正しいと思われる場合、は、左右を入れ替えをクリックしてみてください。任意のゴーストと目のひずみを除去するためにシーンの収束と垂直方向の配置を調整します。
15. ビデオの 3 D の側面が許容される、それをクリックして構成を強調表示し、コンポジションを選択 >レンダー キューに追加手順 3.7 で行われていた。プロジェクト内の他のファイルと同じフォルダーにビデオをレンダリングします。
    注: このファイルはかなり大きくなります。ファイルが表示されると、それは再レンダリングされたビデオ処理ソフトウェアを使用してファイル サイズを小さくできます。

結果

驚いたことに、すべて葉/花が同時に凍結したこと (補足ビデオ 1) 凍結いちごプラントの IR ビデオが示されます。葉と花の両方を個別に異なる温度で凍結したが、葉凍結以前花よりも、高い温度で。さらに、凍結は、葉ではなく、必ずしも各葉の同じ位置で始めた。一方、これらの結果は、イチゴのない以前に記載されている、同様の結果は他の植物種⁶で発見されています。葉を凍結すると、氷が植物の王冠に葉柄を進みます。冷凍庫の温度になった時 1 または 2 度低く、花を凍結した萼で、花びらとレセプタクル (図 1) にすぐに広がっています。レセプタクル (暖かい) 明るい色を凍結水の大きい量を示唆している他のほとんどの植物部分より長く残った。

(メガネ) の 3 D と 2 D の赤外線画像を比較すると、3 D イメージしやすく正確に...

ディスカッション

2 つの赤外線カメラがこのプロトコルに必要な彼らは¹わずかに異なった角度から被写体を目的とする必要があります。5-8 cm からするレンズが必要になりますが、両方は撮影される被写体の同じ場所を目的とする必要があります。2 カメラのレンズの視聴者の目のための代理の一種と考えます。左のカメラは、左目と右目に右のカメラに似ています。後処理ソフトウェアは赤い色を左の画像と青い色に右の画像色合いが赤青のメガネを着用、左眼に見ることができます左の画像、右目の右の画像のみ。つまり凍結イベントを記録するときに、IR カメラ ソフトウェアのグレー スケール パレットを使用することが重要であります。脳はビューアーを 3 D¹で観察されます 2 つの画像を結合します。

このプロトコルへの別の重要なステップは、同時に両方のカメラの出力をキャプチャするスクリーン キャプチャ ソフトウェアの使用です。両方のカメラの出力を同時にキャプチャすることにより、両方のカメラからの出力の完全な同期が保証されます。左右の画像を同...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
T620赤外線カメラとソフトウェア	FLIR	55903-5122	2台のカメラが必要です。ソフトウェアはWindowsベースのコンピューターでのみ動作します
After Effects	Adobe	15.0.1.73	ポストプロダクションビデオ編集ソフトウェア
Bandicam	Bandisoft	4.1.2.1385	スクリーンキャプチャソフトウェア
実験室 はさみジャック	Eisco	CH0642A	スチールプラットフォーム13X15 cm
固定ストラップ	ベルクロ	90441	ジャックにカメラを保持するために。長さ60cm、幅2cm以上の
メディア	コンバーターiSkysoft	10.0.6	mp4ファイルを.movに変換するソフトウェア