Name: Protokół tworzenia trójwymiarowego obrazu wideo w podczerwieni przedstawiającego zamarzanie w roślinach (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-09-12T14:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 30 s
Description: Poznaj metodę trójwymiarowego obrazowania zamarzania roślin za pomocą kamer termowizyjnych. Technika ta pozwala zlokalizować nukleację lodu i śledzić propagację zamarzania w głębi tkanek.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana przez wewnętrzne fundusze USDA.

1. Przygotowanie
<ol>
	<li>Zgromadź sprzęt, materiały i oprogramowanie, aby nagrać i przetworzyć film z zamrażania roślin.
	<ol>
		<li>Uruchom programowalną zamrażarkę, ustawiając wyłącznik zasilania w pozycji On i ustaw temperaturę na 0 °C. Zaprogramuj zamrażarkę tak, aby osiągnęła -8 °C przy 1 °C/h.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Umieść jedną 6-tygodniową roślinę truskawki z 2-5 kwiatami, która została wyhodowana w pojemniku o pojemności 1 litra, w zamrażarce.</li>
	<li>Ustaw 2 kamery na podczerwień (np. kamery FLIR T620) za pomocą pasków mocujących i małego klocka drewna, aby uzyskać prawidłowy kąt zbieżności obiektywów. 
	Uwaga: Optymalna odległość od środka obiektywów 2 kamer jest ogólnie uważana za taką samą jak odległość między oczami1 lub około 7 cm.</li>
	<li>Zamontuj obie kamery na podnośniku laboratoryjnym o wymiarach 10 x 10 cm i umieść podnośnik w zamrażarce wystarczająco blisko rośliny, aby umożliwić ustawienie ostrości obrazu. Ustaw kamery w pionie i poziomie tak, aby ta sama część rośliny była widoczna z obu kamer. Użyj podnośnika, aby ustawić obie kamery pionowo w taki sposób, aby 2 obrazy obejmowały całą roślinę i część gleby.</li>
	<li>Podłącz 2 kamery za pomocą złącza USB do gniazd USB w komputerze.</li>
	<li>Podłącz 2 gniazdka klimatyzacji do obu kamer, aby umożliwić ciągłe monitorowanie instalacji.</li>
</ol>
2. Konfiguracja komputera i oprogramowania do nagrywania
<ol>
	<li>Otwórz 2 okna (po 1 oknie dla każdej kamery) oprogramowania, klikając dwukrotnie ikonę oprogramowania kamery na podczerwień 2x. Postępuj zgodnie z instrukcjami w menu pomocy, aby połączyć lewą kamerę w lewym oknie i prawą kamerę w prawym oknie. 
	Uwaga: Szczegółowe informacje na temat korzystania z oprogramowania można uzyskać za pośrednictwem menu pomocy. Paleta monochromatyczna najlepiej nadaje się do tego przykładu ze względu na konieczność użycia czerwono-niebieskiego zabarwienia do renderingu 3D.</li>
	<li>Otwórz oprogramowanie do przechwytywania ekranu, klikając dwukrotnie ikonę programu. Dostosuj klatkę przechwytywania, klikając i przeciągając ramkę tak, aby obejmowała obie kamery, aby umożliwić jednoczesne przechwytywanie ekranu obu kamer. 
	Uwaga: Przechwytywanie strumienia wideo z obu kamer jednocześnie ma kluczowe znaczenie, ponieważ umożliwia bezbłędną synchronizację zarówno lewego, jak i prawego widoku.</li>
	<li>Nagrywaj wideo w odstępach 3-godzinnych, aby ułatwić przetwarzanie w oprogramowaniu do przetwarzania wideo. 
	Uwaga: Nie można dokładnie określić, kiedy roślina zamarznie, dlatego ważne jest, aby rejestrować przez pewien czas przed zamarznięciem. Opcja nagrywania w segmentach jest funkcją tego oprogramowania, dlatego zaleca się, aby było to ustawienie na nagrywanie przez 3 godziny. Oprogramowanie automatycznie zapisze 3-godzinne nagranie, a następnie rozpocznie nowe nagrywanie. Plik dla każdego 3-godzinnego nagrania zostanie automatycznie opatrzony sekwencją numeryczną po nazwie. Każdy plik wideo będzie miał od 10 do 20 GB, więc upewnij się, że na dysku twardym jest wystarczająco dużo miejsca na wiele plików o tym rozmiarze.</li>
	<li>Uruchom program zamrażarki, wybierając opcję Uruchom w menu kontrolera i rozpocznij przechwytywanie ekranu. Następnie naciśnij przycisk Rec na oknie. Upewnij się, że kontur przedstawiający przechwytywany obszar ekranu zmieni kolor na czerwony.</li>
	<li>Rejestruj zamrożenie rośliny truskawek do -8 °C i utrzymuj temperaturę zamrażarki przez 1 godzinę.</li>
	<li>Podnieś temperaturę zamrażarki do 2 °C/h, aż zamrażarka osiągnie +2 °C. Zatrzymaj nagrywanie. 
	Uwaga: Całkowity czas zamrażania wynosi 14 godzin.</li>
	<li>Przekonwertuj interesujący Cię plik(i) z .mp4 formatu na .mov za pomocą oprogramowania do konwersji plików. 
	Uwaga: W takim przypadku zostanie użyty pojedynczy plik 3-godzinny zawierający 1 lub więcej zdarzeń zawieszania.</li>
</ol>
3. Przetwarzanie wideo za pomocą oprogramowania do obrazowania wideo
Uwaga: W tym przykładzie zostanie użyte oprogramowanie do obrazowania wideo. Samouczki dotyczące korzystania z oprogramowania są dostępne online. W tym przykładzie założymy podstawową wiedzę na temat oprogramowania. Zakłada się zrozumienie pojęć takich jak "kompozycja", "warstwa" i "kolejka renderowania", a także różnych paneli i sposobu manipulowania nimi.
<ol>
	<li>Kliknij dwukrotnie w dowolnym miejscu panelu projektu, aby zaimportować interesujący .mov plik 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. 
	Uwaga: Nagrane wideo będzie widoczne w okienku podglądu.</li>
	<li>Kliknij ikonę Obszar zainteresowania u dołu okna podglądu i za pomocą kursora obrysuj tylko nagranie z lewej kamery.</li>
	<li>Przeciągnij ten sam film .mov na ikonę Kompozycja, aby utworzyć drugą kompozycję tego samego filmu. Powtórz krok 3.3, ale tym razem użyj kursora, aby wybrać tylko odpowiednią kamerę.</li>
	<li>Wybierz opcję Kompozycja > Przytnij kompozycję do obszaru zainteresowania dla widoku po lewej stronie. Powtórz tę czynność dla właściwego widoku. Zmień nazwę każdej kompozycji, aby wskazać, która jest lewa, a która prawa.</li>
	<li>Zaznacz lewą kompozycję, klikając na nią i w menu głównym u góry wybierz opcję Kompozycja > Dodaj do kolejki renderowania.</li>
	<li>W kolejce renderowania kliknij Moduł wyjściowy i upewnij się, że wideo zostanie wyrenderowane jako wideo (np. wideo QuickTime). Kliknij Ustawienia renderowania, aby zmniejszyć rozdzielczość, aby umożliwić szybsze renderowanie. Kliknij Wyjście do, 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.</li>
	<li>Powtórz krok 3.6 dla kompozycji Strawberry Right.</li>
	<li>Kliknij dwukrotnie panel projektu i zaimportuj filmy Strawberry Left i Strawberry Right, które zostały właśnie wyrenderowane.</li>
	<li>Zaznacz oba filmy i przeciągnij je na ikonę kompozycji u dołu panelu projektu. Na wyskakującym ekranie z pytaniem o czas trwania ruchu wprowadź 3 z 5 zerami dla czasu trwania 3 godzin. 
	Uwaga: Oba filmy, dokładnie zsynchronizowane, znajdą się w panelu projektu, ale widoczne będzie tylko wideo znajdujące się na samej górze w panelu kompozycji.</li>
	<li>Aby wyświetlić drugi obraz, kliknij małą gałkę oczną, aby wyłączyć warstwę. Naciśnij Control/W, aby umożliwić obracanie obrazów w panelu podglądu za pomocą kursora. Używając kursora i włączając i wyłączając górną warstwę, dostosuj aspekt obrotu widoku z góry lub z dołu, aby upewnić się, że oba obrazy znajdują się w tej samej płaszczyźnie obrotu. Następnie dostosuj płaszczyznę X i Y bezpośrednio w podprogramie okularów 3D.</li>
	<li>Podświetl górną warstwę panelu kompozycji i wybierz Efekt perspektywy > > okulary 3D z menu u góry. >
	Uwaga: Parametry efektu okularów 3D pojawią się w panelu sterowania.</li>
	<li>W panelu sterowania kliknij pole po prawej stronie opcji "widok z lewej strony" — jeśli panel sterowania nie jest oddzielony od panelu projektu, kliknij kartę panelu sterowania w górnej części panelu projektu. Wymień 2 filmy w panelu kompozycji w menu rozwijanym, zaznacz wideo na liście dla "widoku z lewej strony". Powtórz ten krok dla "widoku z prawej".</li>
	<li>W polu po prawej stronie opcji Widok 3D wybierz opcję Czerwony Niebieski LR.</li>
	<li>Używając czerwono-niebieskich okularów, sprawdź widok w panelu projektu. Jeśli widok 3D wydaje się być nieprawidłowy, spróbuj kliknąć przycisk Zamień lewo i prawo. Dostosuj zbieżność sceny i wyrównanie w pionie, aby wyeliminować zjawy i zmęczenie oczu.</li>
	<li>Gdy aspekt 3D filmu jest akceptowalny, zaznacz kompozycję, klikając ją i wybierz opcję Kompozycja > Dodaj do kolejki renderowania, tak jak to zostało zrobione w kroku 3.7. Renderuj wideo w tym samym folderze, co inne pliki w projekcie. 
	Uwaga: Ten plik będzie dość duży. Po wyrenderowaniu pliku można go ponownie wyrenderować do mniejszego rozmiaru pliku za pomocą oprogramowania do przetwarzania wideo.</li>
</ol>

<ol><li>Geng, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+display+technologies%5BTitle%5D)+AND+%22Advances+in+Optics+and+Photonics%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional display technologies.</a> Advances in Optics and Photonics. 5, 456-535 (2013).</li>
<li>Ceccardi, T. L., Heath, R. L., Ting, I. P. <a target="_blank" href="http://hortsci.ashspublications.org/content/30/1/140.short">Low-temperature exotherm measurement using infrared thermography.</a> HortScience. 30, 140-142 (1995).</li>
<li>Wimmer, B. <a target="_blank" href="https://www.securitysales.com/wp-content/uploads/2011/07/Thermal_Imaging_dumies_Part1.compressed.pdf">History of thermal imaging, Security Sales and Integration</a>. , Framingham, MA, USA. (2011).</li>
<li>Wisniewski, M., Lindow, S. E., Ashworth, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observations+of+ice+nucleation+and+propagation+in+plants+using+infrared+video+thermography%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Physiology%22%5BJournal%5D)">Observations of ice nucleation and propagation in plants using infrared video thermography.</a> Plant Physiology. 113, 327-334 (1997).</li>
<li>Kuprian, E., Tuong, T., Pfaller, K., Livingston, D. P., Neuner, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Persistent+supercooling+of+reproductive+shoots+is+enabled+by+structural+ice+barriers+being+active+despite+an+intact+xylem+connection%5BTitle%5D)+AND+%22Public+Library+of+Science+ONE%22%5BJournal%5D)">Persistent supercooling of reproductive shoots is enabled by structural ice barriers being active despite an intact xylem connection.</a> Public Library of Science ONE. 11, e0163160(2016).</li>
<li>Livingston, D. P. III, Tuong, T. D., Murphy, J. P., Gusta, L., Wisniewski, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-definition+infrared+thermography+of+ice+nucleation+and+propagation+in+wheat+under+natural+frost+conditions+and+controlled+freezing%5BTitle%5D)+AND+%22Planta%22%5BJournal%5D)">High-definition infrared thermography of ice nucleation and propagation in wheat under natural frost conditions and controlled freezing.</a> Planta. 247, 791-806 (2017).</li>
<li>Boyles, R. P., Raman, S. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12676213">Analysis of climate patterns and trends in North Carolina (1949-1998).</a> Environment International. 29 (2-3), 263-275 (2003).</li>
<li>Poling, E. B. Managing Cold Events. <a target="_blank" href="https://www.google.com/search?rlz=1C1GGRV_enUS751US751&biw=1366&bih=588&ei=Kx_WWuXaH4Ko_QbDqqrABg&q=A+Growers+Guide+to+Production%2C+Economics+and+Marketing+Poling&oq=A+Growers+Guide+to+Production%2C+Economics+and+Marketing+Poling&gs_l=psy-ab.3..0i71k1l3.0.0.0.153477.0.0.0.0.0.0.0.0..0.0....0...1c..64.psy-ab..0.0.0....0.YxRvIJ23BRs">A Growers' Guide to Production, Economics and Marketing</a>. Poling, E. B. , NC Strawberry Association. Siler City. 75-97 (2015).</li>
<li>Hacker, J., Neuner, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ice+porpagaion+in+plants+visualized+at+the+tissue+level+by+infrared+differential+thermal+analysis+%28IDTA%29%5BTitle%5D)+AND+%22Tree+Physiology%22%5BJournal%5D)">Ice porpagaion in plants visualized at the tissue level by infrared differential thermal analysis (IDTA).</a> Tree Physiology. 27, 1661-1670 (2007).</li>
<li>He, J. Q., Harrison, R. J., Li, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+3D+imaging+system+for+strawberry+phenotyping%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Methods%22%5BJournal%5D)">A novel 3D imaging system for strawberry phenotyping.</a> Plant Methods. 13, 93-101 (2017).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Do tego protokołu niezbędne są dwie kamery na podczerwień, które muszą być skierowane na obiekt pod nieco różnymi kątami1. Będzie to wymagało, aby obiektywy były oddalone od siebie o 5-8 cm, ale oba muszą być skierowane w to samo miejsce na filmowanym obiekcie. Pomyśl o 2 obiektywach aparatu jako o swego rodzaju surogatie oczu widza. Lewa kamera jest analogiczna do lewego oka, a prawa kamera do prawego oka. Oprogramowanie do przetwarzania końcowego zabarwi lewy obraz na kolor czerwony, a prawy obr...

Pomimo życia w świecie o trzech wymiarach fizycznych, badacze często ograniczają się do relacjonowania obserwacji wizualnych w 2D. Chociaż obrazy 2D są na ogół wystarczające do przekazania ważnych informacji, ten brak informacji o głębi ogranicza naszą zdolność do postrzegania i rozumienia złożoności obiektów świata rzeczywistego. 1
Ten brak informacji o głębokości stał się bodźcem do produkcji filmów 3D, głównie w komercyjnym przemyśle filmowym od początku XX wieku1. Jednak generowanie wyraźnych informacji 3D na zdjęciach i filmach jest utrudnione ze względu na złożoność związaną z tworzeniem tych obrazów. Najprostsze podejście do generowania filmu 3D opiera się na zasadach stosowanych w fotografii stereoskopowej. Fotografia stereoskopowa wykorzystuje dwa obrazy tego samego obiektu pod nieco różnymi kątami, które przekazują obraz 3D w mózgu. Aby było to możliwe, każde oko musi patrzeć tylko na odpowiadający mu obraz (tj. lewe oko na lewy obraz, a prawe oko na prawy obraz). Ponieważ oczy nie robią tego w sposób naturalny, stereoskopowe nakrycia głowy zostały zaprojektowane, aby to umożliwić1. Podczas opracowywania filmów 3D zastosowano kilka technik oglądania stereoskopowego, a także techniki wyświetlania z przeplotem polaryzacyjnym, multipleksowaniem w czasie i montowaniem na głowie, ale metoda z przeplotem kolorów lub anaglifów przy użyciu czerwonych i zielonych (lub cyjanowych) okularów jest jedną z najprostszych i najtańszych technik. Kompleksowy przegląd obrazowania 3D i różnych technik można znaleźć w recenzji Geng1.
Monitorowanie zamarzania w roślinach za pomocą termografii IR opiera się na zasadzie, że gdy woda zamarza, musi oddać energię wewnętrzną2. Energia ta ma postać ciepła, które jest wykrywalne w podczerwieni widma elektromagnetycznego. Kamery zdolne do rejestrowania energii podczerwieni są używane od 1929 roku3. Pierwszy opublikowany raport wykorzystujący technologię IR do filmowania zamrażania roślin pochodzi od Cecardi i wsp.2, ale rozdzielczość użytej kamery utrudnia dokładne określenie tkanki, w której inicjowane jest zamrażanie. Wiśniewski i wsp.4 określił dokładniejsze miejsca zarodkowania lodu u kilku gatunków roślin za pomocą kamery o wyższej rozdzielczości. Wraz z rozwojem technologii stosowanej w termografii w podczerwieni, obrazy o wyższej rozdzielczości doprowadziły do odkryć, takich jak bariery dla zamarzania5 oraz precyzyjna lokalizacja komórkowa tworzenia się lodu6.
Jedną z trudności w filmowaniu obiektów w podczerwieni są małe różnice temperatur. Spowoduje to, że większość obiektów w polu widzenia będzie miała podobny kolor, co utrudni precyzyjne określenie, które obiekty są w bezruchu. Może to być ważne przy określaniu kolejności zamrażania w określonych tkankach, takich jak liście lub korzenie w pszenica6. Gdyby film w podczerwieni przedstawiający zamarzające rośliny można było zobrazować w 3D, można by poprawić dokładność określania, która część rośliny zamarza w określonym momencie.
Truskawka jest uprawą w niektórych regionach Stanów Zjednoczonych, gdzie ujemne temperatury są dużym problemem dla hodowców. W niektórych warunkach uprawy często kwiaty truskawek pojawiają się 2-3 tygodnie przed średnimi ostatnimi wiosennymi przymrozkami. Zdarzenie zamrożenia może wystąpić jeszcze w czerwcu w niektórych obszarach Appalachów7 i zwykle skutkuje śmiercią kwiatu. Ochrona przed mrozem ma zatem kluczowe znaczenie dla plantatorów truskawek na obszarach narażonych na te przymrozki. Na przykład plantatorzy truskawek w Północnej Karolinie muszą chronić przed mrozem średnio od 4 do 6 przymrozków przed kwitnieniem i 1 - 2 silne przymrozki we wczesnym okresie kwitnienia8. Aby pomóc w rozwoju genotypów truskawek, które są bardziej odporne na zamarzanie, ważne jest zrozumienie różnych aspektów zamrażania, takich jak miejsca zarodkowania lodu i rozmnażania się w innych częściach rośliny. Termografia w podczerwieni stanowi skuteczny sposób na rozwiązanie tych problemów.
Tutaj używamy truskawki do zilustrowania techniki rejestrowania zdarzeń zamrażania w 3D za pomocą metody anaglifowej. Truskawka dobrze nadaje się do tego przykładu, ponieważ liście i kwiaty są szeroko rozmieszczone w przestrzeni 3D i mogą być trudne do odróżnienia, gdy są oglądane na filmach 2D w podczerwieni.

<table><tbody><tr><td>Kamera termowizyjna T620 i oprogramowanie</td><td>FLIR</td><td>55903-5122</td><td>Potrzebne są 2 kamery. Oprogramowanie działa tylko na komputerze z systemem Windows</td></tr><tr><td>After Effects</td><td>Adobe</td><td>15.0.1.73</td><td>Oprogramowanie do postprodukcji wideo</td></tr><tr><td>Bandicam</td><td>Bandisoft</td><td>4.1.2.1385</td><td>Oprogramowanie do przechwytywania ekranu</td></tr><tr><td>Laboratoryjny podnośnik nożycowy&nbsp; &nbsp;</td><td>Eisco</td><td>CH0642A</td><td>Platforma stalowa 13X15 cm</td></tr><tr><td>Pasek mocujący</td><td>na rzep</td><td>90441</td><td>Do trzymania kamery na podnośniku. Powinien mieć co najmniej 60 cm długości i 2 cm szerokości</td></tr><tr><td>Konwerter mediów</td><td>iSkysoft</td><td>10.0.6</td><td>Oprogramowanie do konwersji plików mp4 na .mov&nbsp;</td></tr></tbody></table>

protokół tworzenia trójwymiarowego obrazu wideo w podczerwieni przedstawiającego zamarzanie w roślinach

Protocol for Producing Three-Dimensional Infrared Video of Freezing in Plants

Zamarzanie w roślinach może być monitorowane za pomocą termografii w podczerwieni (IR), ponieważ gdy woda zamarza, wydziela ciepło. Jednak problemy z kontrastem kolorów sprawiają, że dwuwymiarowe (2D) obrazy w podczerwieni są nieco trudne do interpretacji. Oglądanie obrazu w podczerwieni lub filmu przedstawiającego zamarzanie roślin w 3 wymiarach (3D) pozwoliłoby na dokładniejszą identyfikację miejsc zarodkowania lodu, a także postępu zamarzania. W tym artykule pokazujemy stosunkowo prosty sposób na stworzenie filmu 3D w podczerwieni przedstawiającego zamrażanie rośliny truskawki. Truskawka jest rośliną uprawną o znaczeniu gospodarczym, która w wielu częściach świata jest narażona na nieoczekiwane wiosenne przymrozki. Dokładne zrozumienie zamarzania truskawek zapewni zarówno hodowcom, jak i hodowcom bardziej ekonomiczne sposoby zapobiegania uszkodzeniom roślin podczas mrozów.
Technika polega na ustawieniu dwóch kamer na podczerwień pod nieco różnymi kątami, aby sfilmować zamrażanie truskawek. Oba strumienie wideo zostaną precyzyjnie zsynchronizowane za pomocą oprogramowania do przechwytywania ekranu, które nagrywa obie kamery jednocześnie. Nagrania zostaną następnie zaimportowane do oprogramowania do obrazowania i przetworzone przy użyciu techniki anaglifowej. Korzystając z czerwono-niebieskich okularów, wideo 3D ułatwi określenie dokładnego miejsca zarodkowania lodu na powierzchni liści.

Co zaskakujące, nagranie IR z zamarzania rośliny truskawki (Supplemental Video 1) wykazało, że nie wszystkie liście/kwiaty zamarzały w tym samym czasie. Zarówno liście, jak i kwiaty zamarzały indywidualnie w różnych temperaturach, jednak liście zamarzały wcześniej niż kwiaty i w wyższej temperaturze. Ponadto zamarzanie rozpoczynało się w liściach, ale niekoniecznie w tym samym miejscu na każdym z nich. Choć wyniki te nie były wcześniej opisywane u truskawek, podobne rezul...

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.

Protokół tworzenia trójwymiarowego obrazu wideo w podczerwieni przedstawiającego zamarzanie w roślinach

Freezing in plants can be monitored using infrared (IR) thermography, because when water freezes, it gives off heat. However, problems with color contrast ...

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.

protocol-for-producing-three-dimensional-infrared-video-freezing

Research

JoVE Journal

Environment

Środowisko

Opisujemy zastosowanie perfluorodekaliny jako infiltracyjnego medium montażowego. Jest to prosta metoda poprawiająca głębokość obrazowania w tkance liścia Arabidopsis thaliana przy minimalnym wpływie fizjologicznym.

Prosta metoda obrazowania liści Arabidopsis z wykorzystaniem perfluorodekaliny jako infiltrującego medium obrazującego

Opisujemy protokół z wykorzystaniem szkiełek z komorami oraz pośrodków do unieruchamiania liści zasadniczych roślin w celu obrazowania konfokalnego epidermy przez kilka dni rozwoju, co pozwala na dokumentowanie różnicowania szparek. Białka znakowane fluoroforami mogą być śledzone dynamicznie poprzez analizę ich ekspresji i lokalizacji subkomórkowej, co zwiększa zrozumienie ich potencjalnych ról podczas podziału komórek i różnicowania typów komórek.

Długoterminowe obrazowanie poklatkowe wysokiej rozdzielczości konfokalne epidermy zawilżnych liści przeciwstawnych Arabidopsis podczas kiełkowania

Ten film opisuje podstawy technik cyfrowej projekcji prążków, które zapewniają gęste pomiary 3D dynamicznie zmieniających się powierzchni. Demonstruje również projekt i działanie szybkiego binarnego systemu defoksji opartego na tych technikach.

Szybkie i szybkie obrazowanie wideo z cyfrowymi technikami projekcji prążków

Ca2+ reguluje różnorodne procesy biologiczne w roślinach. W tym miejscu przedstawiamy podejścia do monitorowania przestrzennych i czasowych sygnałów Ca2 + wywołanych stresem abiotycznym w komórkach i tkankach rzodkiewnika przy użyciu genetycznie kodowanych wskaźników Ca2 + Aequorin lub Case12.

Pomiar przestrzennych i czasowych sygnałów Ca2+ u rzodkiewnika

Tutaj prezentujemy protokół, który pozwala na wizualizację miejsc powstawania lodu i dróg rozprzestrzeniania się lodu w roślinach za pomocą termografii w podczerwieni o wysokiej rozdzielczości (HRIT).

Wykorzystanie termografii w podczerwieni o wysokiej rozdzielczości (HRIT) do badania zarodkowania i propagacji lodu w roślinach

Ten protokół pokazuje metodę przygotowania próbek roślinnych do mikroskopii świetlnej. Konfiguracja charakteryzuje się zamontowaniem rośliny pionowo na powierzchni żelu i pozwoleniem jej rosnąć w kontrolowanych jasnych warunkach. Pozwala to na długotrwałą obserwację rozwoju organów roślinnych w znormalizowanych warunkach.

Mikroskopia fluorescencyjna arkusza świetlnego korzeni roślin rosnących na powierzchni żelu

Ten artykuł przedstawia identyfikację białek wiążących lód z roślin odpornych na zamrażanie poprzez ocenę aktywności hamowania rekrystalizacji lodu i późniejszą izolację rodzimych IBP za pomocą oczyszczania o powinowactwie do lodu.

Identyfikacja białek wiążących lód roślinny poprzez ocenę inhibicji i izolacji rekrystalizacji lodu za pomocą oczyszczania o powinowactwie do lodu

Przedstawiono eksperymentalny protokół oceny systemów korzeniowych roślin uprawianych w glebie za pomocą RGB i obrazowania hiperspektralnego. Połączenie szeregów czasowych obrazu RGB z informacjami chemometrycznymi ze skanów hiperspektralnych optymalizuje wgląd w dynamikę korzeni roślin.

RGB i spektralne obrazowanie korzeni do fenotypowania roślin i badań fizjologicznych: konfiguracja eksperymentalna i protokoły obrazowania

Przedstawiamy prostą i wszechstronną metodę wykonywania fluorescencyjnego obrazowania na żywo liści Arabidopsis thaliana przez dłuższy okres czasu. Używamy transgenicznej rośliny Arabidopsis wykazującej ekspresję fluorescencyjnego genu reporterowego pod kontrolą promotora związanego z odpornością jako przykładu uzyskania czasoprzestrzennego zrozumienia odpowiedzi immunologicznych roślin.

Uniwersalna metoda montażu liści Arabidopsis do przyżyciowego obrazowania poklatkowego

Udostępniamy metodę identyfikacji modulatorów transpiracji dolistnej poprzez zakrojone na szeroką skalę badania przesiewowe biblioteki złożonej.

Identyfikacja nowych regulatorów transpiracji roślin za pomocą wielkoskalowych badań termowizyjnych u Helianthus annuus

Zaprojektowaliśmy protokół fenotypowania oparty na obrazach, aby określić morfologiczne i fizjologiczne reakcje na pojedyncze i skojarzone zabiegi upałów, suszy i podlewania. Podejście to umożliwiło identyfikację wczesnych, późnych i regeneracyjnych reakcji na poziomie całego zakładu, w szczególności części nadziemnych, a także podkreśliło konieczność stosowania wielu czujników obrazowania.

Wysokoprzepustowe fenotypowanie oparte na obrazie w celu określenia morfologicznych i fizjologicznych odpowiedzi na pojedyncze i połączone stresy u ziemniaka

Poznaj metodę trójwymiarowego obrazowania zamarzania roślin za pomocą kamer termowizyjnych. Technika ta pozwala zlokalizować nukleację lodu i śledzić propagację zamarzania w głębi tkanek.

Protokół tworzenia trójwymiarowego obrazu wideo w podczerwieni przedstawiającego zamarzanie w roślinach

Przeglądaj więcej filmów