Protokół tworzenia trójwymiarowego obrazu wideo w podczerwieni przedstawiającego zamarzanie w roślinach
12 września 2018
Tutaj prezentujemy protokół obrazowania rośliny truskawki zamrażającej się w 3 wymiarach. Dwie kamery na podczerwień ustawione pod nieco różnymi kątami są wykorzystywane do wytworzenia czerwono-niebieskiego filmu anaglifowego, aby obserwować zamarzanie rośliny w 3 wymiarach.
Ta metoda pozwoli Ci zidentyfikować dokładną lokalizację zarodkowania i propagacji lodu w trzech wymiarach, co może być trudne w przypadku niektórych kamer na podczerwień. Zaletą tej techniki jest to, że dostarcza informacji o głębi, co nie jest możliwe w przypadku zwykłego dwuwymiarowego wideo. Ponieważ ludzie nie mogą wizualizować promieniowania podczerwonego, kamera, która wykrywa podczerwień i przekształca ją w widmo widzialne, jest jedynym sposobem wizualizacji zdarzeń generujących ciepło, takich jak zamarznięcie.
Mimo że używamy tego systemu do zilustrowania zamrażania w roślinie truskawki, można go użyć w każdym projekcie, w którym głębia jest ważna w obrazie wizualnym. Protokół może być trudny dla niektórych, ponieważ wymaga użycia oprogramowania o nieco trudnej krzywej uczenia się. Na początek, za pomocą pasków mocujących i małego klocka drewna, ustaw dwie kamery na podczerwień lub podczerwień, aby uzyskać prawidłowy kąt zbieżności soczewek.
Obie kamery muszą być skierowane na ten sam obiekt, ale pod nieco innymi kątami, odpowiadającymi odległości między oczami. Zamontuj obie kamery na gnieździe laboratoryjnym o wymiarach 10 na 10 centymetrów. Po zaprogramowaniu zamrażarki zgodnie z protokołem tekstowym, umieść w środku jedną sześciotygodniową roślinę truskawki z dwoma do pięciu kwiatami w jednolitrowym pojemniku.
Użyj podnośnika, aby ustawić obie kamery pionowo, tak aby oba obrazy zawierały całą roślinę i część gleby. Następnie, za pomocą złącza USB, podłącz obie kamery do komputera i podłącz dwa gniazdka prądu przemiennego do obu kamer, aby umożliwić ciągłe monitorowanie roślin. Aby skonfigurować komputer i oprogramowanie do nagrywania, otwórz dwa okna oprogramowania, klikając dwukrotnie ikonę oprogramowania kamery na podczerwień
.Następnie postępuj zgodnie z instrukcjami w menu pomocy, aby połączyć lewą kamerę z lewym oknem, a prawą kamerę z prawym oknem. Otwórz oprogramowanie do przechwytywania ekranu i dostosuj ramkę przechwytywania, klikając i przeciągając ramkę tak, aby obejmowała obie kamery, aby umożliwić jednoczesne przechwytywanie ekranu obu kamer. Strumienie wideo z obu kamer muszą być rejestrowane jednocześnie, aby prawy i lewy obraz były precyzyjnie zsynchronizowane.
Oprogramowanie do przechwytywania ekranu pozwoli Ci to zrobić bardzo łatwo. Następnie w menu kontrolera uruchom program zamrażania, wybierając opcję Uruchom i rozpocznij przechwytywanie ekranu. Następnie kliknij przycisk Nagrywanie w oknie i upewnij się, że kontur przedstawiający przechwytywany obszar ekranu zmieni kolor na czerwony.
Rejestruj, jak roślina truskawek zamarza do minus ośmiu stopni Celsjusza i utrzymuj temperaturę zamrażarki przez godzinę. Aby przetworzyć filmy, najpierw przekonwertuj plik MP4 z oprogramowania do przechwytywania ekranu na plik mov, korzystając z dostępnego na rynku oprogramowania do konwersji plików. Następnie kliknij dwukrotnie w dowolnym miejscu w panelu projektu, aby zaimportować interesujący Cię plik mov do oprogramowania do przetwarzania obrazu, a następnie przeciągnij plik na ikonę Kompozycja u dołu panelu projektu.
Następnie zapisz projekt w tym samym folderze, w którym znajdują się oryginalne filmy. U dołu okna podglądu kliknij ikonę Region zainteresowania i nakreśl tylko nagranie z lewej kamery. Przeciągnij ten sam film mov na ikonę Kompozycja, aby utworzyć drugą kompozycję tego samego filmu.
Następnie powtórz ten krok z prawym aparatem. Teraz wybierz Kompozycja, Przytnij kompozycję do obszaru zainteresowania dla widoku po lewej stronie. Następnie powtórz ten krok, aby uzyskać prawy widok.
Zmień nazwę każdej kompozycji, aby wskazać, która jest lewa, a która prawa. Zaznacz lewą kompozycję, klikając na nią, a następnie w menu głównym u góry wybierz Kompozycja, Dodaj do kolejki renderowania. W kolejce renderowania kliknij Moduł wyjściowy i upewnij się, że wideo zostanie wyrenderowane jako wideo.
Kliknij Output To, nazwij wideo Strawberry Left i zapisz je w tym samym folderze, co oryginalne nagranie i projekt. Kliknij przycisk Zapisz, a następnie kliknij przycisk Renderuj w prawym górnym rogu panelu renderowania. Powtórz renderowanie dla kompozycji Strawberry Right.
Następnie kliknij dwukrotnie panel projektu i zaimportuj renderowane filmy Strawberry Left i Strawberry Right. Zaznacz oba filmy i przeciągnij je na ikonę Kompozycja u dołu panelu projektu. Na wyskakującym ekranie z pytaniem o czas trwania ruchu wprowadź trzy z pięcioma zerami na czas trwania trzech godzin.
Podświetl górną warstwę panelu kompozycji i z menu u góry wybierz Efekt, Perspektywa, Okulary 3D. W panelu sterowania kliknij pole po prawej stronie widoku po lewej stronie. Wymień dwa filmy w panelu kompozycji w menu rozwijanym i zaznacz wideo na liście, aby wyświetlić je w widoku po lewej stronie.
Następnie powtórz ten krok, aby uzyskać prawy widok. W polu po prawej stronie opcji Widok 3D wybierz opcję Czerwony Niebieski LR. Używając czerwono-niebieskich okularów, sprawdź widok w panelu projektu. Jeśli widok 3D wydaje się być niepoprawny, kliknij przycisk Zamień lewo i prawo.
Dostosuj zbieżność sceny i wyrównanie w pionie, aby wyeliminować zjawy i zmęczenie oczu. Gdy aspekt 3D filmu jest akceptowalny, podświetl kompozycję, klikając ją, a następnie wybierz opcję Kompozycja, Dodaj do kolejki renderowania, jak pokazano wcześniej w tym filmie. Na koniec wyrenderuj wideo.
Ten film w podczerwieni pokazuje, że liście zamarzały w wyższej temperaturze niż kwiaty, chociaż zamrażanie niekoniecznie zaczynało się w tym samym miejscu na każdym liściu. Gdy liście zamarły, zamarzanie postępowało w dół ogonka liściowego do korony rośliny. Kiedy temperatura spadła o jeden do dwóch stopni, kwiaty zamarzały, zaczynając od kielicha, zanim rozprzestrzeniły się na płatki i pojemnik
.Porównując obraz 2D w podczerwieni z obrazem 3D w okularach, obraz 3D ułatwił precyzyjne określenie kolejności, w jakiej liście i kwiaty zamarzały. Te korzenie pszenicy zanurzono w podłożu uprawowym składającym się z torfu, a przed zamrożeniem dodano wióry lodowe, aby upewnić się, że korzenie zamarzną. Zarodkowanie zamrożenia nastąpiło około minus 0,5 stopnia Celsjusza, w połowie drogi wzdłuż korzenia po prawej stronie.
Zamarzanie następnie postępowało w górę do korony rośliny, powodując zamarzanie podstawy zewnętrznych liści, a następnie w dół do korzeni, z tyłu rośliny. Zauważ, że bez perspektywy 3D prawie niemożliwe jest określenie kolejności, w jakiej określone korzenie zamarły. Ważne jest, aby ustawić kamerę tak, aby każda z nich była skierowana w to samo miejsce na filmowanym obiekcie.
Użycie kamer, których użyliśmy w tej demonstracji, zapewni, że kąt jest odpowiedni do tworzenia anaglifowego filmu 3D. Ta procedura może być używana do generowania wideo, a także nieruchomych obrazów 3D dowolnego obiektu, wykonując tylko dwa zdjęcia pod różnymi kątami.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Ten artykuł przedstawia protokół obrazowania zamarzania roślin truskawki w trzech wymiarach za pomocą kamer podczerwieni. Technika ta umożliwia wizualizacje nukleacji i propagacji lodu, zapewniając informacje o głębokości, które nie są możliwe przy użyciu standardowego dwuwymiarowego wideo.
Kluczowe komponenty badania
Dziedzina nauki
- Fizjologia roślin
- Wizualizacja termiczna
- Technologia podczerwieni
Tło
- Nukleacji lodu jest krytycznym procesem w zamarzaniu roślin.
- Kamery podczerwieni mogą wizualizować zdarzenia cieplne niewidoczne dla ludzkiego oka.
- Percepcja głębi jest niezbędna do zrozumienia dynamiki zamarzania.
- Metoda ta może być zaadaptowana do różnych zastosowań wymagających wizualizacji głębi.
Cel badania
- Opracowanie metody 3D obrazowania zamarzania roślin.
- Identyfikacja dokładnego miejsca formowania się lodu.
- Zgłębienie procesów zamarzania w systemach biologicznych.
Zastosowanie metod
- Ustawienie dwóch kamer podczerwieni pod określonymi kątami.
- Użycie oprogramowania do przetwarzania obrazów.
- Stworzenie wideo anaglificznego czerwono-niebieskiego.
- Zastosowanie pasków mocujących i drewnianego bloku do stabilizacji kamery.
Główne wyniki
- Sukces w wizualizacji procesu zamarzania w 3D.
- Identyfikacja miejsc nukleacji lodu.
- Demonstracja percepcji głębi w wizualizacji termicznej.
- Potencjał zastosowania w innych projektach wymagających wizualizacji głębi.
Wnioski
- Protokół zapewnia nowatorskie podejście do badania zamarzania roślin.
- Informacje o głębokości poprawiają zrozumienie dynamiki lodu.
- Dalsze badania tej metody mogą przynieść korzyści dla różnych dziedzin nauki.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Three-dimensional infrared imaging of plant freezing events enables precise spatial mapping of ice nucleation and propagation, addressing a key challenge in quantifying dynamic thermal processes in biological systems. This capability enhances predictive confidence in phenotypic screening and supports translational research for crop resilience. The protocol's depth-resolved outputs are directly relevant for R&D teams seeking to de-risk biological variability in early discovery and preclinical model development.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables spatially resolved identification of ice nucleation sites for mechanistic de-risking.
- Supports functional validation of stress response pathways in plant models.
- Improves predictive confidence in selecting disease-relevant systems for further study.
Screening & Assay Development
- Facilitates development of quantitative, reproducible assays for thermal stress responses.
- Provides standardized imaging outputs for cross-condition comparison.
- Enables reliable evaluation of genetic or chemical interventions on freezing dynamics.
Translational & Preclinical Research
- Aligns phenotypic outputs with translational biomarker discovery in crop improvement pipelines.
- Supports continuity from discovery-stage imaging to preclinical validation of plant resilience traits.
- Reduces ambiguity in interpreting complex thermal events across model systems.
Pipeline & Workflow Integration
This 3D infrared imaging protocol integrates into the discovery-to-preclinical continuum, providing critical spatial and temporal data for hypothesis testing and model validation.
- Discovery Biology: Enables precise mapping of thermal events for pathway clarification and biological de-risking.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative imaging outputs suitable for assay standardization.
- Analytics: Supports statistical comparison of freezing progression and nucleation sites across experimental conditions.
- Translational Research: Bridges early discovery imaging with preclinical assessment of stress tolerance traits.
- Enterprise Reuse: Offers a scalable, adaptable imaging capability for diverse plant and biological systems.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in stress response studies.
- Operational Value: Standardizes imaging workflows and enhances reproducibility across R&D teams.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions for trait advancement and resource allocation.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of candidate traits and interventions.
Implementation Considerations
- Requires expertise in infrared imaging and 3D video processing software.
- Demands precise camera alignment and synchronization for accurate depth capture.
- Needs robust analytical infrastructure for quantitative image analysis.
- Standardization across teams is essential for reproducibility and data comparability.
- Adaptation to other plant or biological systems may require protocol optimization.
