Protocolo para a produção de vídeo infravermelho tridimensional de congelamento em plantas

Resumo

Aqui, apresentamos um protocolo para uma planta de morango gelada em 3 dimensões de imagem. Duas câmeras de infravermelhas, posicionadas em ângulos ligeiramente diferentes são usadas para produzir um vídeo de anaglyph azul e vermelho para observar o congelamento da planta em 3 dimensões.

Resumo

Congelamento em plantas pode ser monitorado usando termografia infravermelha de (IR), porque quando a água congela, desprende calor. No entanto, problemas com contraste de cor fazem 2-dimensões (2D) infravermelhas imagens um pouco difícil de interpretar. Visualização de uma imagem de IR ou o vídeo de plantas congelando em 3 dimensões (3D) permitiria uma identificação mais rigorosa dos sítios para nucleação de gelo, bem como a progressão de congelamento. Neste artigo, vamos demonstrar um meio relativamente simples para produzir um vídeo 3D infravermelho de uma planta de morango gelada. Morango é uma cultura economicamente importante que está sujeita a inesperada Primavera congelar eventos em muitas áreas do mundo. Uma compreensão precisa do congelamento em morango irá fornecer as criadores e produtores com formas mais econômicos para evitar qualquer dano às plantas durante condições de congelamento.

A técnica envolve um posicionamento de duas câmeras IR em ângulos ligeiramente diferentes para filmar o gelado de morango. Os dois fluxos de vídeo serão precisamente sincronizados usando um software de captura de tela que os registros de ambas as câmeras simultaneamente. As gravações serão importadas para o software de imagem e processadas utilizando uma técnica anaglyph. Usando óculos vermelho e azul, o vídeo 3D será mais fácil para determinar o local exato da nucleação de gelo nas superfícies da folha.

Introdução

Apesar de viver em um mundo de três dimensões físicas, pesquisadores muitas vezes são limitados a relatar observações visuais em 2D. Embora imagens 2D são geralmente suficientes para transmitir informações importantes, esta falta de informação sobre profundidade restringe nossa capacidade de perceber e compreender a complexidade dos objetos do mundo real. ¹

Esta deficiência em informações sobre a profundidade fornecido um incentivo para produzir vídeos 3D principalmente na indústria cinematográfica comercial desde o início dos anos 1900¹. No entanto, gerando informações claras 3D em ainda imagens e vídeo é prejudicada pelas complexidades envolvidas na produção dessas imagens. A abordagem mais simples para gerar o filme em 3D baseia-se em princípios utilizados em fotografia estereoscópica. Fotografia estereoscópica utiliza duas imagens do mesmo objeto de ângulos ligeiramente diferentes que transmite uma imagem 3D no cérebro. Para que isso seja possível, cada olho deve olhar apenas para sua respectiva imagem (ou seja, o olho esquerdo na imagem à esquerda e o olho direito na imagem à direita). Desde que os olhos não naturalmente o fará, arnês estereoscópico foi concebido para tornar este possível¹. Vários estereoscópico visualização técnicas, bem como polarização entrelaçado, tempo-multiplexados e técnicas de cabeça-montagem de exposição, têm sido utilizados durante o desenvolvimento de filmes 3D, mas o método de entrelaçamento de cor ou anaglyph usando vermelho e verde (ou ciano) óculos é uma das técnicas mais simples e menos caras. Para uma revisão abrangente da imagem em 3D e as diversas técnicas envolvidas, consulte a revisão por Geng¹.

Monitoramento de congelamento em plantas usando a termografia IR é baseado no princípio que quando a água congela, ele deve desistir de energia interna². Esta energia é sob a forma de calor, que é detectável na região do espectro eletromagnético de IR. Câmeras capazes de gravar a energia IR estiveram no uso desde 1929³. O primeiro relatório publicado usando tecnologia IR ao filme congelando em plantas é de Cecardi et al . ², mas a resolução da câmera usada torna difícil determinar com precisão o tecido onde o congelamento é iniciado. Wisniewski et al ⁴ determinados sites mais precisos de nucleação de gelo em várias espécies de plantas, usando uma câmera de resolução mais alta. Como a tecnologia usada em Termografia IR melhorada, imagens de alta resolução levaram a descobertas como entraves ao congelamento⁵ e a exacta localização celular de formação de gelo⁶.

Uma dificuldade em filmar temas em IR é causada por pequenas diferenças nas temperaturas. Isso fará com que a maioria dos objetos no campo de visão de ser uma cor semelhante, tornando-se difícil determinar precisamente qual objeto (s) é (é) congelamento. Isso pode ser importante quando determinar a ordem de congelar-se em tecidos específicos, tais como folhas ou raízes em trigo⁶. Se o vídeo IR de plantas congelamento poderia ser fotografado em 3D, a precisão de determinar qual parte da planta está frio em um certo ponto no tempo poderia ser melhorada.

Morango é das culturas em determinadas áreas dos Estados Unidos em que as temperaturas de congelação são de considerável preocupação para os produtores. Em algumas condições de crescimento, é comum para as flores de morango aparecer 2-3 semanas antes da média na primavera passada congelar. Um evento de congelamento pode ocorrer tão tarde quanto junho em algumas áreas dos Apalaches⁷ e geralmente resultados na morte da flor. Anti-gelo, portanto, é crítico para congelam de produtores de morango em áreas sujeitas a estes eventos. Produtores de morango na Carolina do Norte, por exemplo, geadam-proteger, em média, entre 4-6 eventos de geada antes de florescer e 1-2 difícil congela durante o início florescem período⁸. Para ajudar a desenvolver genótipos morangos que são mais tolerantes a congelar, é importante compreender os vários aspectos do congelamento, como os sítios de nucleação de gelo e propagação para outras partes da planta. Termografia IR fornece meios eficazes para solucioná-los.

Aqui, usamos o morango para ilustrar uma técnica para gravação de eventos de congelação em 3D usando o método anáglifo. Morango é adequado para este exemplo, porque as folhas e flores são amplamente distribuídas no espaço 3D e podem ser difícil diferenciar quando visto em vídeos 2D de infravermelhos.

Protocolo

1. preparação

1. Reunir os equipamentos, materiais e software para gravar e processar o vídeo da planta congelando.
   1. Começar um congelador programável, definindo o interruptor de alimentação para nae definir a temperatura de 0 ° C. Programa do freezer para chegar-8 ° C a 1 ° C/h.
2. Coloca um 6 semanas de idade morango planta com flores de 2-5 que foi cultivada em um recipiente de 1 L para o congelador.
3. Configurar 2 câmeras IR (por exemplo, as câmeras FLIR T620) usando as cintas de fixação e um pequeno bloco de madeira para produzir o ângulo correto de convergência das lentes.
   Nota: A distância ideal para o espaço do centro das lentes das 2 câmeras é considerada para ser o mesmo que a distância entre os olhos¹ ou cerca de 7 cm.
4. Monte as duas câmeras para um jack de laboratório de 10 x 10 cm e posição do jack no freezer perto o suficiente para a planta, para permitir que a imagem a ser focado. Ajustar as câmeras na vertical e na horizontal para que a mesma parte da planta é visível de ambas as câmaras. Use o jack para a posição de ambas as câmaras verticalmente de modo que as 2 imagens contêm uma porção do solo e toda a planta.
5. Conecte as 2 câmeras usando um conector USB para as saídas de USB no computador.
6. Ligue as 2 saídas de ar condicionado em ambas as câmaras para permitir um monitoramento contínuo das plantas.

2. computador e configuração do Software para gravação

1. Abrir 2 janelas (1 janela para cada câmera) do software, clicando duas vezes no ícone para o software da câmera IR 2 x. Siga as instruções no menu de ajuda para conectar a câmera à esquerda na janela da esquerda e a câmera bem na janela da direita.
   Nota: Os detalhes para utilizar o software podem ser acessados através do menu ajuda. Uma paleta monocromática é o mais adequada para este exemplo, devido a necessidade de utilizar a matiz de vermelho e azul para a renderização em 3D.
2. Abra o software de captura de tela clicando duas vezes no ícone para o programa. Ajuste o quadro de captura clicando e arrastando o quadro então inclui ambas as câmeras para permitir que uma captura de tela de ambas as câmeras simultaneamente.
   Nota: A tela, capturando o fluxo de vídeo de ambas as câmeras simultaneamente é crucial, porque permite uma sincronização perfeita de pontos de vista de esquerda e direita.
3. Grave o vídeo em incrementos de 3-h para um processamento mais fácil no software de processamento de vídeo.
   Nota: É impossível saber exatamente quando a planta irá congelar, então é importante para registro, por algum tempo antes do evento de congelamento. A opção de gravar em segmentos é uma característica deste software, por isso é recomendado que este está definido para gravar para 3h. O software irá automaticamente salvar a gravação de 3-h e então começar uma nova gravação. O arquivo para cada gravação 3-h automaticamente será dada uma sequência numérica após o nome. Cada arquivo de vídeo será de 10 a 20 GB, então certifique-se de que o espaço suficiente está disponível em um disco rígido para múltiplos arquivos deste tamanho.
4. Inicie o programa de congelador, selecionando executar no menu de controlador e começar a captura de tela. Em seguida, pressione o botão Rec na janela. Certifique-se de que o contorno mostrando a região da tela sendo capturada fica vermelho.
5. Gravar a planta de morango congelamento até-8 ° C e mantenha a temperatura do congelador por 1h.
6. Elevar a temperatura do congelador a 2 ° C/h até o congelador é a + 2 ° C. Pare a gravação.
   Nota: O total de tempo de congelamento é 14 h.
7. Converta o arquivo (s) de interesse do. MP4 formato. mov usando um software de conversão de arquivo.
   Nota: neste caso, um arquivo único 3h contendo 1 ou mais eventos de congelamento será usado.

3. processamento de vídeo usando um Software de imagem de vídeo

Nota: Software de imagem de vídeo será usado neste exemplo. Tutoriais sobre como usar o software estão disponíveis online. Este exemplo irá assumir um conhecimento básico do software. A compreensão de termos como "composição", "camada" e "render queue", bem como os vários painéis e como manipulá-los, presume-se.

1. Clique duas vezes em qualquer lugar dentro do painel de projeto para importar o arquivo. mov de interesse para o software de imagem e arraste o arquivo para a composição ícone na parte inferior do painel do projeto. Em seguida, salve o projeto para a mesma pasta que contém os vídeos originais.
   Nota: O vídeo gravado será visível no painel de visualização.
2. Clique no ícone na parte inferior da janela de visualização da Região de interesse e, usando o cursor, delinear apenas a gravação da câmera à esquerda.
3. Arraste o mesmo vídeo. MOV para o ícone de composição para criar uma segunda composição do vídeo mesmo. Repita a etapa 3.3, mas desta vez, utilize o cursor para selecionar apenas a câmera direita.
4. Selecione a composição > Crop Comp a região de interesse para a vista esquerda. Repita isto para a vista direita. Renomeie cada composição para indicar o que é esquerda e direita.
5. Destacar a composição à esquerda clicando sobre ele e, no menu principal no topo, selecionando composição > Add para processar a fila.
6. Na fila de render, clique no Módulo de saída e verifique se que o vídeo será processado como um vídeo (por exemplo, um vídeo do QuickTime). Clique no botão Configurações de renderização , para reduzir a resolução para permitir um processamento mais rápido. Clique em saída para, nome a Esquerda de morangoe salve-o na mesma pasta como a gravação original e o projeto. Clique em salvare, em seguida, clique no botão processar na parte superior direita do painel de render.
7. Repita a etapa 3.6 para a composição de Morango direito .
8. Clique duas vezes no painel de projeto e importar os vídeos Morango esquerda e Direita de morango que só eram prestados.
9. Destacar os dois vídeos e arraste-os para o ícone de composição na parte inferior do painel do projeto. Na tela pop-up pedindo a Duração ainda, insira 3 com 5 zeros para uma duração de 3-h.
   Nota: Ambos os vídeos, precisamente sincronizados, será no painel de projeto, mas apenas o vídeo de nível superior no painel composição será visível.
10. Para ver a outra imagem, clique no globo ocular pouco para desativar a camada. Pressione Control/W para permitir um controle rotacional das imagens no painel de visualização, usando o cursor. Usando o cursor e a camada superior, clicando em ligar e desligar, ajuste o aspecto rotacional de topo ou a vista inferior para certificar-se de que ambas as imagens estão no mesmo plano rotacional. Em seguida, ajuste o X - e Y-plano diretamente dentro da sub-rotina de óculos 3D.
11. Destacar a camada superior do painel composição e selecione efeito > perspectiva > óculos 3D no menu no topo.
    Nota: Os parâmetros para o 3D óculos efeito irá aparecer dentro do painel de controle.
12. No painel de controle, clique na caixa à direita da "esquerda vista" — se o painel de controle não é separado do painel de projeto, clique na guia painel de controle na parte superior do painel do projeto. Lista os 2 vídeos no painel composição em um menu drop-down, destacar o vídeo na lista para a exibição de"esquerda". Repita este passo para "vista direita".
13. Na caixa à direita da vista 3D, selecione Vermelho azul LR.
14. Usando óculos vermelho e azul, inspecione a exibição no painel de projeto. Se vista 3D parece ser incorreta, tente clicar em Trocar esquerda-direita. Ajuste a convergência de cena e o Alinhamento Vertical para eliminar qualquer tensão os fantasmas e olho.
15. Quando o aspecto 3D do vídeo é aceitável, destaque a composição, clicando sobre ela e selecione a composição > Add para processar a fila como foi feito na etapa 3.7. Processar o vídeo para a mesma pasta que os outros arquivos no projeto.
    Nota: Este arquivo será bastante grande. Uma vez que o arquivo foi processado, pode ser re-processado para um tamanho de arquivo menor, usando o software de processamento de vídeo.

Resultados

Surpreendentemente, o vídeo de IR da planta de morango gelada (Supplemental vídeo 1) indicou que nem todas as folhas/flores congelou ao mesmo tempo. Ambas as folhas e flores individualmente congelaram em temperaturas diferentes, mas as folhas congelaram mais cedo do que as flores e a uma temperatura mais elevada. Além disso, o congelamento começou nas folhas, mas não necessariamente na mesma posição em cada folha. Enquanto estes resultados não têm sido descritos anteriorm...

Discussão

Duas câmeras IR são necessárias para este protocolo, e eles devem visar o assunto de ângulos ligeiramente diferentes¹. Isso exigirá que as lentes para ser de 5 a 8 cm de distância, mas ambos devem visar o mesmo lugar sobre o assunto a ser filmado. Acho que as lentes de câmera de 2 como uma espécie de substituto para os olhos do observador. A câmera esquerda é análoga do olho esquerdo e a direito câmera no olho direito. O software de pós-processamento vai matizar a imagem à esquerda para uma cor ve...

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Câmera de infravermelho T620 e software	FLIR	55903-5122	2 câmeras são necessárias. O software funciona apenas em um computador baseado em Windows
After Effects	Software de Edição de Vídeo de Pós-Produção	Adobe	15.0.1.73
Bandicam	Bandisoft	4.1.2.1385	Software de Captura de Tela
Tomada de Tesoura de Laboratório	Eisco	CH0642A	Plataforma de Aço 13X15 cm
Cinta de Fixação	Velcro	90441	Para segurar a câmera no jack.  Deve ter pelo menos 60cm de comprimento por 2cm de largura
Conversor de Mídia	Software iSkysoft	10.0.6	para converter arquivos mp4 para .mov