トマトアナライザ：2次元オブジェクトからの正確で詳細な形態学的および測色データを収集するために有用なソフトウェアアプリケーション

トマトアナライザーの使用方法について。トマトの果実を準備し、デジタル画像を収集するために切断します。果実を切断面を下にしてスキャナーに置き、スキャンしてJPEG画像を取得します。

次に、トマト解析ソフトウェアで画像を閲覧し、分析します。すべての果実形状の測定値は、ソフトウェアによって認識された果実の境界線に基づいて算出されます。一方、色テストモジュールは、境界線内部の色パラメータを定量化するように設計されています。最後に、データはバッチモードで100枚以上の画像を一度に、または個別の画像としてExcelファイルにエクスポートされます。

こんにちは。オハイオ州立大学園芸・作物科学科の教員、エステバン・デナです。オハイオ州立大学園芸・作物科学科フランシス研究室のマシュー・ロビンスです。グ・ロドリゲスです。本日は、トマトアナライザーを用いて、トマト果実の形状、サイズ、および色のデータを収集・分析する手順をご紹介します。

本手順を用いて、トマト果実の形態と色を解析します。それでは開始しましょう。Tomato analyzer（略称：TA）は、二次元の形状に関する37の属性を測定するソフトウェアプログラムであり、RGBおよびL*a*b*普遍色空間における色データも、半自動的かつ再現可能な方法で取得できます。ここでは、トマト果実のスキャン画像に対してTAを使用します。

この手順を開始する前に、果実が清潔で乾燥していることを確認してください。果実が肉質である場合、軟化すると切断時に形状が変形する可能性があるため、熟しすぎていないことを確認してください。果実の扁平度や長楕円度を測定する場合、および「緯度断面（latitudinal section）」カテゴリー以外のすべての属性を測定する場合、ギザ刃のナイフまたは新しいカミソリを使用して、果実の中心を通るように縦方向に切断し、果皮の厚さを測定してください。「緯度断面」カテゴリーのすべての属性、および「基本測定（basic measurement）」と「形態（morph）」の一部の属性を測定する場合は、果実を横方向に切断してください。

色分析は、果実の縦断切片や横断切片、および特定の特性を強調するために設計されたその他の切片に適用できます。最後に、ティッシュやペーパータオルで吸い取り、果実の内部を乾燥させます。果汁が非常に多い場合、これで切断した果実の画像収集準備が整ったことになります。

ハイスループット解析を行う際は、一度に1つの個体または遺伝子型の果実のみをスキャンし、かつ、縦切りまたは横切りのいずれか一方の果実のみをスキャンすることが不可欠であり、同一のスキャン内で両者を混在させてはいけません。まず、切断した果実の切り面を下にして、慎重かつ正確にスキャナーに配置します。果実は互いに近づけて配置しますが、接触させないようにしてください。

物体を適切に配置し、物体間の大きな空白を最小限に抑えることで、Adobe Photoshopなどの画像編集ソフトによる手動調整の手間を減らすことができます。果実の分析を行う前に、定規を果実の上に置いて、正しいスキャン解像度が選択されているか確認してください。これは果実の属性を正確に測定するために重要です。また、ファイル名が正しく付けられているかを確認するため、果実の下にラベルを配置してください。

TAソフトウェアは画像の解像度を用いてサイズを正確に測定するため、原則として1～8 cmの物体には適切なスキャン解像度を選択することが重要です。8 cmより大きい物体は300 DPIでスキャンしてください。100 DPIでスキャンし、種子などの非常に小さな物体については750 DPI以上でスキャンしてください。

植物間で果実のサイズに大きな変動がないバッチ分析を行う場合は、同一の実験で収集するすべての画像に対して、スキャナーの解像度設定を一つに統一してください。また、出力画像サイズを、スキャナーソフトウェアで利用可能な最大色数に設定してください。スキャナーのスクリーンの上に段ボール箱を置くか、あるいは覆い被せることで、対象物の背景を暗くしてください。

黒色または非常に濃い色の背景を使用することで、解析の妨げとなる影を防ぐことができます。TAは暗い背景での使用に最適化されているため、白色の背景を使用するとクラッシュの原因となります。また、光の反射や背景がソフトウェアのスキャンによって認識される場合があります。

初回スキャンの後、大きな空白領域を避けるために、画像を保存する前に果実部分をクロップしました。この段階でクロップされていない場合は、taで分析する前にAdobe Photoshopなどの画像編集ソフトを用いてクロップする必要があります。スキャンした画像はJPEGファイルとして保存し、RGB値をL*、a*、b*パラメータに変換して色分析を行います。スキャナーの校正には、あらかじめ準備したカラーチェッカーを使用してください。

ここでは、対象となる画像の色域を代表するカスタムカラーチェッカーを使用しています。標準的なカラーチェッカーでも代用可能です。果実のスキャン時に、カラーチェッカーも合わせてスキャンしてください。

カラーチェッカーのスキャンデータを、果実画像のスキャンデータと同じフォルダに保存します。スキャナーによって色のキャプチャ方法や解釈が異なる場合があるため、キャリブレーションが必要です。RGBカラーキャリブレーションを行うことで、ユニバーサルカラースペースへの変換が可能になり、画像解析へと進むことができます。

Tomato analyzer バージョン 2.200 には Windows オペレーティングシステム バージョン 2000 以上が必要であり、弊社ウェブサイトからダウンロード可能です。また、同じウェブサイトからユーザーマニュアルとカラーテストマニュアルも入手でき、これらを確認することで、オリジナル画像が TA アプリケーションによって生成された調整済み画像と同じフォルダに保存されるようになります。オリジナル画像を含むフォルダは、My Documents フォルダやリモートサーバーではなく、ハードドライブ上に配置してください。

TAプログラムを起動します。まず、設定メニューの「scanner DPI」を選択し、DPIと測定単位を設定してください。サイズ測定の精度を確保するため、DPI設定は画像ファイルの設定と一致させる必要があります。

ダイアログボックスで使用される単位によって、データ出力の単位が決まります。同じダイアログボックスで、対象物が比較的暗い場合は、必要に応じて明るさを調整してください。次に、設定メニューから「measurement saved」を選択し、測定する属性を選択します。

属性は、基本計測から形態計測まで10のカテゴリーに分類されています。グループまたは属性をクリックすることで、個別の属性または計測グループ全体を選択または解除できます。プラス記号をクリックすると、計測グループのすべての属性を表示できます。

選択した属性は、画面右下のウィンドウにカテゴリー別に表示されます。入力解像度と出力単位を設定し、解析する属性を選択した後、「open image」ボタンをクリックして画像ファイルを選択してください。ポップアップダイアログボックスから、選択した画像が左側のウィンドウに表示されます。

開いた画像を解析するには、解析ボタンをクリックします。完了すると、各果実の周囲が黄色の線で強調表示され、データが右下のデータウィンドウに表示されます。なお、色のデータはこのウィンドウには表示されませんのでご注意ください。

ソフトウェアは、定規やラベルなどの非常に大きいオブジェクトや小さいオブジェクトを自動的に選択解除します。選択解除されたオブジェクトは青い線で強調表示されます。定規を使用して、単位と解像度が正しく選択されているかを確認してください。

高さと幅の測定値と比較することで、画像上を右クリックするだけで不要な果実をさらに選択解除できます。黄色い枠線で囲まれたアイテムはデータウィンドウに表示され、青い枠線で囲まれたエクスポート済みアイテムは解析に含まれません。個々のオブジェクトは、マウスで左クリックすることで右上のウィンドウに表示できます。

右下のデータウィンドウのデータは、画像内の特定のオブジェクトに対応しており、画像内のオブジェクトと同じ順序で表示されます。最初の行は左上隅のオブジェクトの値を表示し、最後のデータ行は画像の右下隅のオブジェクトの値を表示します。果物をクリックして対応するデータ行をハイライトさせるだけでなく、行をクリックして右上のウィンドウに対応する果物を表示させることもできます。

右下のウィンドウにある属性タブをクリックすると、個々の果実に対して属性がどのように測定されているかを確認できます。例えば、「distal end angle（遠位端角度）」をクリックすると、左側のウィンドウ内の果実において、ソフトウェアが測定する角度が表示されます。この機能は、手動での調整が必要な個体を特定する際に非常に有用です。

より正確な測定を行うため、「修正（revised）」ボタンをクリックすると、アプリケーションで可能な手動調整が表示されます。以下は、特によく使用される手動調整のいくつかです。まず、手動調整が必要なオブジェクトを左側のウィンドウ画像内で左クリックしてください。

境界の調整が必要な場合は、まずこの機能で境界を選択します。「修正」ボタンのドロップダウンメニューから、誤った境界の始点と終点を左クリックして修正する境界位置を選択してください。これにより、指定した境界が削除されます。

新しい境界線を追加するには、開始点から終了点に向かって左クリックし、目的の輪郭に沿ってクリックを続けます。新しい境界線を確定するにはEnterキーを押し、操作をキャンセルするにはEscapeキーを押してください。

回転が必要なオブジェクトについては、境界線の設定後、かつ残りの手動調整を行う前に調整を行います。まず、左側のウィンドウで該当する果物をクリックします。「修正（revised）」ボタンの隣にある矢印をクリックし、ドロップダウンリストから「回転（rotate）」を選択すると、右上ウィンドウに軸が表示されます。軸の端にある緑色の正方形をドラッグすると、それに合わせて果物が回転します。

Enterキーを押して、この調整を完了してください。その他の手動調整も可能です。手順の詳細は、付属の書面によるプロトコルに記載されています。

角度やブロック感などの一部の属性については、測定を行う設定を選択してください。角度は、果実の端からさまざまな位置で算出できます。これらの設定は、設定メニューから選択可能です。

ブロック性は、果実の遠位端または近位端に最も近い、ユーザーが選択した高さの割合における幅と、中央部の幅との比として算出されます。色テストを行うには、スキャナーのキャリブレーションが必要です。まず、スキャンしたカラーチェッカーの画像を開き、果実に対して示した方法と同様に解析してください。

L*、a*、b*値を収集するには、TAが黄色の境界線で示される各パッチを解析対象のオブジェクトとして認識していることを確認してください。標準的なカラーチェッカーを使用する場合、ソフトウェアが暗い色の領域を認識できないことがあります。これらの色はキャリブレーションに含まれません。

設定メニューのスキャナーDPIにある明るさを変更することで、スワス認識を改善できます。次に、設定メニューからカラーテストを選択して校正を行います。ダイアログボックスが表示された際は、デフォルト設定を使用してください。

左側のボックスの傾き（slope）の補正値を1に、右側のボックスのy切片（y intercept）の補正値を0に設定してください。最小青値（Minimum blue value）は0に設定し、パラメーター1と2は無視して構いません。次に、カラーテストダイアログボックス内の「analyze」ボタンをクリックします。

出力をExcelドキュメントに保存するための新しいウィンドウが表示されます。データファイルの名前と保存先ディレクトリを指定してください。出力データファイルには、RGB値、star ASTAR B値、およびHUとクロマの計算結果が含まれます。

各カラーパッチについて、各パッチのL* a* b*値を、カラーチェッカーの製造元または付属の書面プロトコルで提供されているL*、a*、b*の基準値に対してプロットします。回帰方程式を決定し、各パラメータの傾きとy切片を記録してください。カラーテストのダイアログボックスに、傾きの逆数と、y切片の値の符号を反転させた値を入力します。

L*、A*、B*については、これらの値を補正値として使用します。カラーテストの設定において、このダイアログボックスで、トマトの果実の最小ブルー値を30に設定してください。

果実が3cm未満の場合は、最小青色値を20に設定してください。TAが正確な境界線を検出できない場合や、トマトの果実以外の物体を解析する場合は、この値を調整する必要があるかもしれません。また、カラーテストでは、指定した範囲に該当するピクセルの割合を報告する2つのパラメータをユーザーが定義することも可能です。

トマトの解析用のいくつかの値を設定します。パラメーター1の下限値と上限値をそれぞれ70と100に設定します。これは好ましくない黄色および緑色に対応します。黄色い果肉色です。パラメーター2の下限値と上限値をそれぞれ0と50に設定します。

これらは目的の赤色に対応します。これらの値の設定を保存してください。これらの値は、プログラムを終了するまで解析されるすべての画像に適用されます。

スキャン画像については、「Illuminate C 2度」オプションを選択してください。「Illuminate D 65 10度」オプションは、校正後に自然光で取得した画像にのみ適用されるため、選択しないでください。付属の書面プロトコルに詳述されている、画像の手動調整およびTAによる画像解析を行った後、果実画像の色を分析します。「save fruit」ボタンをクリックしてください。

手動調整や選択解除したオブジェクトを含むすべての現在の情報は、元の画像と同じ名前で、拡張子がTMTの新しいファイルに保存されます。調整を加える前の元の画像ファイルに戻すには、関連付けられたTMTファイルを削除してください。あるいは、「Analyze」を選択し、元の画像を再解析してください。

ただし、スキャン画像と同名のTMTファイルは、上書き保存して変更を適用しない限り、元の画像に関連付けられたままとなることに注意してください。エクスポートボタンを選択してデータをエクスポートすると、データがExcelファイルに出力されます。各果実の属性値、平均値、および標準偏差が表示されます。

バッチ解析機能を使用すると、2枚以上の画像から属性値をエクスポートできます。開いた画像ボタンをクリックしてバッチ解析を開始してください。バッチ解析を行う画像ファイルを選択します。

ShiftキーまたはControlキーを押しながら追加のファイルを選択し、複数のファイルを選択します。ファイルを選択した後、「開く」キーをクリックし、バッチ解析出力のタイプとして「平均のみ」、「平均と標準偏差」、または「画像ごとの個別測定値」のいずれかを選択できます。

作成するExcelファイルの名前を選択し、保存キーをクリックします。ソフトウェアが自動的にファイルを開き、バッチ解析を開始します。画像ファイルが既にtaによって解析および保存されている場合は、保存済みのTMTファイルがバッチ解析用に開かれます。

ファイルが以前に解析されていない場合、ソフトウェアは手動調整やDES選択を行うことなく画像の解析を実行します。TAは、600 DPIで少なくとも100枚の画像のバッチ解析を行うことができます。バッチ解析はカラーテストにも利用可能で、コンピュータのハードウェアに応じて最大100枚の果実画像をバッチで解析できます。設定メニューからカラーテストオプションを開いてください。

バッチ解析にチェックを入れ、「analyze」をクリックします。解析する画像を選択するための新しいウィンドウが表示されます。次のウィンドウで、データファイルの名前とディレクトリを指定してください。

「保存」をクリックすると、色テストの一括解析が開始されます。ここでは、トマトの変異を示す2つの画像の形状および色の結果を示します。右側には両方の画像の出力ファイルが表示されており、各果実の複数の形状および色属性の値が示されています。

バッチ解析の結果がこの出力ファイルに表示されており、10種類のトマト品種における属性形状値の平均値と標準偏差が示されています。バッチ解析の色分析出力には、各果実の平均色値およびその他のパラメータが含まれています。以上で、トマト果実の画像を収集し、Tomato Analyzerで利用可能な最も一般的な機能を用いて解析する方法を説明しました。

このソフトウェアはトマトの果実を分析するために開発されましたが、葉や種子を含む他の植物器官、およびトマト以外の植物種を分析するために使用することも可能です。以上となります。ご視聴ありがとうございました。皆様の実験がうまくいくことを願っております。