Protocol voor het produceren van driedimensionale infrarood Video van bevriezing in planten
12 september 2018
Hier presenteren we een protocol om de afbeelding van een aardbei plant bevriezing in 3 dimensies. Twee infrarood camera's geplaatst in iets verschillende hoeken worden gebruikt om een rood-blauw anaglyph video om te zien hoe de bevriezing van de fabriek in 3 dimensies te produceren.
Deze methode stelt u in staat om de precieze locatie van ijsnucleatie en -voortplanting in drie dimensies te identificeren, wat met sommige infraroodcamera's moeilijk kan zijn. Het voordeel van deze techniek is dat het diepinformatie biedt, wat niet mogelijk is met normale tweedimensionale video. Omdat mensen infraroodstraling niet kunnen visualiseren, is een camera die infrarood detecteert en het omzet in het zichtbare spectrum de enige manier om warmte genererende gebeurtenissen, zoals bevriezing, te visualiseren.
Hoewel we dit systeem gebruiken om bevriezing in een aardbeiplant te illustreren, zou het kunnen worden gebruikt in elk project waarbij diepte belangrijk is in een visueel beeld. Het protocol kan voor sommigen moeilijk zijn omdat het het gebruik van een software met een enigszins moeilijke leercurve inhoudt. Om te beginnen, stelt u met behulp van bevestigingsbanden en een klein blokje hout twee infrarood-, of IR-, camera's op om de juiste convergentiehoek van de lenzen te produceren.
De twee camera's moeten op hetzelfde object worden gericht, maar onder iets verschillende hoeken, overeenkomstig de afstand tussen de ogen. Monteer beide camera's op een laboratoriumjack van 10 bij 10 centimeter. Nadat u een vriezer volgens het tekstprotocol hebt geprogrammeerd, plaatst u een zes weken oude aardbeiplant met twee tot vijf bloemen in een liter container binnenin.
Gebruik de jack om beide camera's verticaal te positioneren zodat de twee afbeeldingen de hele plant en een deel van de grond bevatten. Verbind vervolgens met de USB-connector de twee camera's met de computer en steek de twee netstoppunten in beide camera's om een continue monitoring van de planten mogelijk te maken. Om de computer en software voor opname in te stellen, opent u twee vensters van de software door twee keer op het pictogram voor de IR-camerasoftware te dubbelklikken.
Volg vervolgens de instructies in het helpmenu om de linkercamera aan het linkervenster en de rechtercamera aan het rechtervenster te koppelen. Open de schermopnamesoftware en pas het opnameframe aan door op het frame te klikken en te slepen, zodat het beide camera's omvat om gelijktijdige schermopname van beide camera's mogelijk te maken. Videostreams van de twee camera's moeten gelijktijdig worden vastgelegd, zodat de rechter- en linkerbeelden precies gesynchroniseerd zijn.
De schermopnamesoftware stelt u in staat om dit heel gemakkelijk te doen. Start vervolgens in het controllermenu het vriesprogramma door Run te selecteren en begin met de schermopname. Klik vervolgens op de opnameknop in het venster en zorg ervoor dat de omtrek die het te bekijken gebied van het scherm aangeeft, rood wordt.
Neem de aardbeiplant op terwijl deze bevriest tot minus acht graden Celsius en houd de temperatuur van de vriezer een uur lang vast. Om de video's te verwerken, converteert u eerst het MP4-bestand van de schermopnamesoftware naar een mov-bestand, met behulp van commercieel verkrijgbare software voor bestandsconversie. Dubbelklik vervolgens ergens in het projectpaneel om het gewenste mov-bestand in de beeldvormingssoftware te importeren en sleep het bestand naar de Compositie-pictogram onderaan het projectpaneel.
Vervolgens slaat u het project op in dezelfde map met de originele video's. Klik onderaan het voorbeeldvenster op het pictogram Belangrijkste gebied en omlijn alleen de opname van de linkercamera. Sleep hetzelfde mov-video naar de Compositie-pictogram om een tweede compositie van hetzelfde video te maken.
Herhaal vervolgens deze stap met de rechtercamera. Selecteer nu Compositie, Crop Comp tot Region of Interest voor de linkerweergave. Herhaal vervolgens deze stap voor de rechterweergave.
Hernoem elke compositie om aan te geven welke links en welke rechts is. Markeer de linkercompositie door erop te klikken en selecteer in het hoofdmenu bovenaan Compositie, Toevoegen aan renderwachtrij. Klik in de renderwachtrij op Output Module en zorg ervoor dat de video als een video wordt gerenderd.
Klik op Uitvoer naar, noem de video Strawberry Left en sla deze op in dezelfde map als de originele opname en het project. Klik op Opslaan en klik vervolgens op de knop Renderen bovenaan de rechterkant van het renderpaneel. Herhaal het renderen voor de compositie van de Strawberry Right.
Dubbelklik vervolgens op het projectpaneel en importeer de gerenderde Strawberry Left en Strawberry Right video's. Markeer beide video's en sleep ze naar de Compositie-pictogram onderaan het projectpaneel. Voer in het pop-upvenster dat om de stilstanduur vraagt, drie met vijf nullen in voor een duur van drie uur.
Markeer de bovenste laag van het compositiepaneel en selecteer vanuit het menu bovenaan Effect, Perspectief, 3D-brillen. Klik in het controlepaneel op het vak rechts van de linkerweergave. Vermeld de twee video's in het compositiepaneel in een vervolgkeuzemenu en markeer de video in de lijst voor de linkerweergave.
Herhaal vervolgens deze stap voor de rechterweergave. Selecteer in het vak rechts van 3D-weergave Rood Blauw LR. Gebruik rode-blauwe brillen om de weergave in het projectpaneel te inspecteren. Als de 3D-weergave onjuist lijkt, klikt u op Links-rechts omwisselen.
Pas de scèneconvergentie en verticale uitlijning aan om eventuele spookbeelden en vermoeidheid van de ogen te elimineren. Wanneer de 3D-aspect van de video acceptabel is, markeert u de compositie door erop te klikken en selecteert u Compositie, Toevoegen aan renderwachtrij, zoals eerder in deze video werd gedemonstreerd. Render tenslotte de video.
Deze IR-video toont dat bladeren bevroren op een hogere temperatuur dan bloemen, hoewel het bevriezen niet noodzakelijkerwijs op dezelfde positie op elke blad begon. Zodra de bladeren bevroren, vorderde het bevriezen naar de kroon van de plant. Toen de temperatuur een tot twee graden daalde, bevroren de bloemen, beginnend bij de kelk, voordat ze zich verspreidden naar de bloembladeren en de bloemsteel.
Bij vergelijking van de 2D-infraroodafbeelding met de 3D-brillen, maakte de 3D-afbeelding het gemakkelijker om precies te bepalen in welke volgorde de bladeren en bloemen bevroren. Deze tarwewortels werden ondergedompeld in groeimedium bestaande uit veen en ijsschaafsels werden
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel presenteert een protocol voor het in drie dimensies in beeld brengen van een bevriezende aardbeienplant met behulp van infraroodcamera's. De techniek maakt de visualisatie van ijsnucleatie en -voortplanting mogelijk, waarbij diepte-informatie wordt geleverd die met standaard tweedimensionale video niet haalbaar is.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Plantenfysiologie
- Thermische beeldvorming
- Infraroodtechnologie
Achtergrond
- Ijsnucleatie is een kritisch proces bij het bevriezen van planten.
- Infraroodcamera's kunnen warmtegebeurtenissen visualiseren die niet zichtbaar zijn voor het menselijk oog.
- Diepteperceptie is essentieel voor het begrijpen van vriesdynamiek.
- De methode kan worden aangepast voor diverse toepassingen waarbij dieptevisualisatie vereist is.
Doel van de studie
- Het ontwikkelen van een methode voor 3D-beeldvorming van bevriezing in planten.
- Het identificeren van de precieze locatie van ijsvorming.
- Het verbeteren van het inzicht in bevriezingsprocessen in biologische systemen.
Gebruikte methoden
- Opstelling van twee infraroodcamera's onder specifieke hoeken.
- Gebruik van software voor beeldbewerking.
- Creatie van een rood-blauwe anaglyfvideo.
- Toepassing van bevestigingsbanden en een houten blok voor de stabilisatie van de camera's.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle visualisatie van het vriesproces in 3D.
- Identificatie van ijsnucleatieplaatsen.
- Demonstratie van diepteperceptie in thermische beeldvorming.
- Potentieel voor toepassing in andere projecten die dieptevisualisatie vereisen.
Conclusies
- Het protocol biedt een nieuwe benadering om bevriezing bij planten te bestuderen.
- Diepte-informatie verbetert het begrip van ijsdynamiek.
- Verdere exploratie van deze methode kan verschillende wetenschappelijke vakgebieden ten goede komen.
Veelgestelde vragen
Industriële relevantie voor leidinggevenden
Driedimensionale infraroodbeeldvorming van vriesgebeurtenissen bij planten maakt nauwkeurige ruimtelijke mapping van ijskristallisatie en -uitbreiding mogelijk, waarmee een belangrijke uitdaging bij het kwantificeren van dynamische thermische processen in biologische systemen wordt aangepakt. Deze mogelijkheid vergroot de voorspellende betrouwbaarheid bij fenotypische screening en ondersteunt translationeel onderzoek naar de veerkracht van gewassen. De diepte-opgeloste resultaten van het protocol zijn direct relevant voor R&D-teams die biologische variabiliteit willen minimaliseren in vroege discovery-fasen en bij de ontwikkeling van preklinische modellen.
Strategische Toepassingen in Biofarmaceutisch R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Maakt ruimtelijk opgeloste identificatie van ijskristallisatieplaatsen mogelijk voor mechanistische risicoreductie.
- Ondersteunt functionele validatie van stressresponsroutes in plantmodellen.
- Verbetert het voorspellende vertrouwen bij de selectie van ziekterelevante systemen voor verder onderzoek.
Screening & Assayontwikkeling
- Faciliteert de ontwikkeling van kwantitatieve, reproduceerbare assays voor thermische stressresponsen.
- Levert gestandaardiseerde imaging-outputs voor vergelijking tussen verschillende condities.
- Maakt betrouwbare evaluatie mogelijk van genetische of chemische interventies op vriesdynamiek.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Lijnt fenotypische resultaten uit met de ontdekking van translationele biomarkers in pijplijnen voor gewasverbetering.
- Ondersteunt de continuïteit van imaging in de ontdekkingsfase tot de preklinische validatie van kenmerken voor plantveerkracht.
- Vermindert ambiguïteit bij de interpretatie van complexe thermische gebeurtenissen over verschillende modelsystemen heen.
Integratie van Pipeline & Workflow
Dit 3D-infraroodbeeldvormingsprotocol is geïntegreerd in het continuüm van ontdekking naar preklinisch onderzoek en levert cruciale spatiale en temporele gegevens voor hypothese-testen en modelvalidatie.
- Ontdekkingsbiologie: Maakt precieze mapping van thermische gebeurtenissen mogelijk voor pathway-verduidelijking en biologische risicoreductie.
- Screening: Levert reproduceerbare, kwantitatieve imaging-outputs die geschikt zijn voor assay-standaardisatie.
- Analytics: Ondersteunt statistische vergelijking van vriesprogressie en nucleatieplaatsen over verschillende experimentele condities.
- Translationeel onderzoek: Slaat een brug tussen imaging in de vroege ontdekkingsfase en de preklinische beoordeling van stress-tolerantiekenmerken.
- Enterprise-hergebruik: Biedt een schaalbare, aanpasbare imaging-capaciteit voor diverse planten- en biologische systemen.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit in studies naar stressrespons.
- Operationele waarde: Standardiseert imaging-workflows en verbetert de reproduceerbaarheid tussen R&D-teams.
- Strategische waarde: Informeert go/no-go-beslissingen voor de verdere ontwikkeling van kenmerken en de toewijzing van middelen.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering van kandidaat-kenmerken en interventies.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in infraroodbeeldvorming en software voor 3D-videoverwerking.
- Vraagt om nauwkeurige uitlijning en synchronisatie van de camera's voor een correcte dieptevastlegging.
- Vereist een robuuste analytische infrastructuur voor kwantitatieve beeldanalyse.
- Standaardisatie tussen teams is essentieel voor reproduceerbaarheid en vergelijkbaarheid van gegevens.
- Aanpassing aan andere planten- of biologische systemen kan protocoloptimalisatie vereisen.
