Томатный Analyzer: Полезные Прикладное программное обеспечение для сбора точной и подробной Морфологические и колориметрических данных из двумерных объектов

Для использования анализатора томатов подготовьте плоды томатов и разрежьте их для сбора цифровых изображений. Положите плод на сканер срезами вниз и выполните сканирование для получения изображения в формате JPEG.

Затем изображения просматриваются и анализируются в программном обеспечении для анализа томатов. Все измерения формы плодов рассчитываются на основе границ плодов, распознанных программой, в то время как модуль тестирования цвета предназначен для количественной оценки параметров цвета внутри этих границ. Наконец, данные экспортируются в файл Excel в пакетном режиме (более 100 изображений за один раз) или в виде отдельных изображений.

Здравствуйте, я Эстеван Дена, преподаватель кафедры садоводства и растениеводства Университета штата Огайо. Я Мэтью Роббинс из лаборатории Фрэнсиса на кафедре садоводства и растениеводства Университета штата Огайо. Я Гу Родригес. Сегодня мы продемонстрируем процедуру сбора и анализа данных о форме, размере и цвете плодов томата с использованием анализатора томатов.

Мы используем данную процедуру для изучения морфологии и цвета плодов томата, поэтому приступим к работе. Tomato analyzer (сокращенно TA) представляет собой программное обеспечение, которое позволяет в полуавтоматическом и воспроизводимом режиме измерять 37 атрибутов, связанных с двухмерной формой, а также фиксировать данные о цвете в пространствах RGB и универсальном цветовом пространстве L*, a*, b*. В данном случае TA используется с отсканированными изображениями плодов томата.

Перед началом данной процедуры убедитесь, что плод чистый и сухой. Если плод мясистый, убедитесь, что он не перезрел, так как размягчение может привести к деформации формы при разрезании. Чтобы определить степень приплюснутости или вытянутости плода, а также для определения всех признаков, кроме тех, что относятся к категории продольного сечения, используйте зазубренный нож или новое лезвие бритвы, чтобы разрезать плод продольно через центр для измерения толщины перикарпия; для всех признаков категории поперечного сечения, а также некоторых признаков базовых измерений и морфологии, разрежьте плод поперечно.

Цветовой анализ можно применять к плодам, разрезанным продольно или поперечно, а также к другим срезам, предназначенным для выделения специфических особенностей. В завершение промокните внутреннюю часть плода салфеткой или бумажным полотенцем, чтобы удалить лишнюю влагу. Если плод очень сочный, то после этой процедуры он готов к сбору изображений.

Для проведения высокопроизводительного анализа крайне важно сканировать плоды только одного растения или генотипа за один раз, а также использовать плоды, разрезанные либо продольно, либо поперечно, избегая сочетания обоих типов разреза на одном скане. Начните с того, чтобы аккуратно и точно поместить разрезанный плод на сканер срезом вниз. Располагайте плоды на сканере близко друг к другу, но так, чтобы они не соприкасались.

Чем точнее выровнены объекты и чем меньше между ними крупных пустых пространств, тем меньше потребуется ручной корректировки в программах для обработки изображений, таких как Adobe Photoshop. Перед анализом плодов в ta поместите над ними линейку, чтобы убедиться в выборе правильного разрешения сканирования, что крайне важно для точного измерения характеристик плодов. Поместите этикетку под плоды, чтобы проверить правильность именования файла.

Поскольку программное обеспечение TA использует разрешение изображения для точного измерения размера, правильный выбор разрешения сканирования имеет важное значение: как правило, для объектов размером от одного до восьми сантиметров выбирается соответствующее разрешение. Для объектов крупнее восьми сантиметров сканируйте с разрешением 300 DPI. Для остальных случаев используйте разрешение 100 DPI, а для очень маленьких объектов, таких как семена, сканируйте с разрешением 750 DPI или выше.

Для пакетного анализа в случаях, когда размер плодов у разных растений не имеет значительных вариаций, выберите одну настройку разрешения сканера для всех изображений, собираемых в рамках одного эксперимента. Также установите размер выходного изображения с максимальным количеством цветов, доступным в программном обеспечении сканера. Создайте темный фон для объектов, поместив картонную коробку сверху или поверх стекла сканера.

Черный или очень темный фон предотвращает появление теней, которые могут помешать анализу. Белый фон приведет к сбою TA, поскольку программа оптимизирована для работы с темным фоном. Программное обеспечение при сканировании также может распознать отражение света и фон.

После первоначального сканирования плод был обрезан на изображении перед сохранением, чтобы избежать наличия больших пустых пространств. Если изображение не было обрезано на этом этапе, его необходимо обрезать с помощью программного обеспечения для обработки изображений, такого как Adobe Photoshop, перед проведением анализа с помощью ta. Сохраните отсканированное изображение в формате JPEG для цветового анализа, который включает преобразование значений RGB в параметры L*, a* и b*; откалибруйте сканер, используя предварительно подготовленную контрольную таблицу цветов.

Здесь используется специальная контрольная цветовая шкала, представляющая диапазон цветов, характерных для исследуемых изображений. Также может быть использована стандартная контрольная шкала. Сканируйте контрольную шкалу одновременно со сканированием плодов.

Сохраните скан контрольной шкалы цветов в той же папке, что и сканы фруктов. Калибровка необходима, так как разные сканеры могут по-разному захватывать и интерпретировать изображение. Калибровка цветов RGB позволяет выполнить преобразование в универсальное цветовое пространство для последующего анализа изображений.

Для работы программы Tomato analyzer версии 2.200 требуется операционная система Windows версии 2000 или выше; программу можно скачать с нашего веб-сайта. На этом же сайте доступны руководство пользователя и руководство по цветовым тестам, которые помогут убедиться, что исходные изображения сохранены в той же папке, что и скорректированные изображения, созданные приложением TA. Разместите папку с исходными изображениями на жестком диске, а не в папке «Мои документы» или на удаленном сервере.

Запустите программу TA. Сначала установите DPI и единицы измерения в меню настроек, выбрав пункт «scanner DPI». Значение DPI должно совпадать со значением в файлах изображений для обеспечения точности измерений размера.

Единицы измерения, выбранные в диалоговом окне, определяют единицы измерения для выводимых данных. В этом же диалоговом окне при необходимости отрегулируйте яркость, если объекты относительно темные. Затем выберите извлекаемые атрибуты в меню настроек, выбрав пункт «measurement saved».

Атрибуты сгруппированы в 10 категорий: от базовых измерений до морфометрики. Можно выбрать или отменить выбор отдельных атрибутов или всей группы измерений, нажав на соответствующую группу или атрибут. Все атрибуты группы измерений можно отобразить, нажав на знак плюса.

Выбранные атрибуты отображаются по категориям в окне в правом нижнем углу экрана. После настройки входного разрешения, единиц вывода и выбора анализируемых атрибутов нажмите кнопку открытия изображения и выберите файл изображения. Выбранное изображение отобразится в левом окне из всплывающего диалогового окна.

Для анализа открытого изображения нажмите кнопку analyze. По завершении анализа периметр каждого плода будет выделен желтой линией, а данные отобразятся в окне данных в нижнем правом углу. Обратите внимание, что данные о цвете в этом окне не отображаются.

Программное обеспечение автоматически снимает выделение с очень крупных или мелких объектов, таких как линейка или метка. Объекты, с которых снято выделение, подсвечиваются синей линией. Используйте линейку, чтобы убедиться в правильности выбора единиц измерения и разрешения.

Сравнивая показатели высоты и ширины, можно исключить дополнительные плоды из анализа, щелкнув правой кнопкой мыши только по их изображению. Объекты, обведенные желтым цветом, отображаются в окне данных, а экспортированные объекты, обведенные синим цветом, не включаются в анализ. Отдельные объекты можно отобразить в верхнем правом окне, щелкнув по ним левой кнопкой мыши.

Данные в окне данных в нижнем правом углу соответствуют конкретному объекту на изображении и отображаются в том же порядке, что и объекты на изображении. В первой строке приведены значения для объекта в верхнем левом углу, а в последней строке данных — значения для объекта в нижнем правом углу изображения. Помимо возможности нажать на плод, чтобы выделить соответствующую строку данных, можно нажать на строку, чтобы отобразить соответствующий плод в верхнем окне справа.

Нажав на вкладку «Атрибуты» (attribute) в нижнем правом окне, можно посмотреть, как измеряется тот или иной признак для каждого конкретного плода. Например, при выборе «угла дистального конца» (distal end angle) в левом окне будут отображены углы на плоде, которые будут измерены программным обеспечением. Эта функция очень полезна при выявлении объектов, требующих ручной корректировки.

Для более точных измерений нажмите кнопку «revised» (пересмотрено), чтобы отобразить ручные корректировки, которые можно внести в приложении. Ниже приведены некоторые из наиболее часто используемых ручных корректировок. Сначала щелкните левой кнопкой мыши по объекту на изображении в левом окне, если он требует ручной корректировки.

Если граница требует корректировки, сначала выберите функцию «boundary» (граница). В выпадающем меню кнопки редактирования выберите участок границы, который необходимо изменить, левой кнопкой мыши указав начальную и конечную точки некорректной границы. В результате установленная граница будет удалена.

Чтобы добавить новую границу, щелкните левой кнопкой мыши, перемещаясь от начальной точки к конечной, продолжая щелкать для того, чтобы обвести нужный контур. Чтобы подтвердить создание новой границы, нажмите клавишу Enter. В противном случае нажмите клавишу Escape, чтобы отменить эту операцию.

Объекты, требующие поворота, необходимо будет отредактировать после определения границ, но перед окончательной ручной корректировкой; для этого нажмите на соответствующий плод в левом окне. Нажмите на стрелку рядом с кнопкой редактирования, выберите пункт «повернуть» (rotate) из выпадающего списка, после чего в верхнем правом окне отобразится ось. Перетаскивайте зеленый квадрат на конце оси, чтобы повернуть плод в нужном направлении.

Нажмите клавишу Enter, чтобы завершить настройку. Доступны и другие варианты ручной настройки. Инструкции приведены в прилагаемом письменном протоколе.

Для некоторых атрибутов, таких как углы и блоковость, выберите параметры, при которых следует проводить измерение. Углы могут быть рассчитаны в различных точках относительно концов плода. Эти параметры можно выбрать в меню настроек.

Степень блочности рассчитывается как отношение ширины на выбранном пользователем уровне по высоте, ближайшем к дистальному или проксимальному концу плода, к ширине в средней части. Для проведения анализа цвета необходимо откалибровать сканер. Сначала откройте полученное изображение контрольной шкалы цветов и проанализируйте его тем же способом, который был продемонстрирован для плода.

Для сбора значений L*, a* и b* убедитесь, что TA распознает каждый патч как объект для анализа, отмеченный желтой границей. При использовании стандартной контрольной шкалы цветов программное обеспечение может не распознать более темные участки. Эти цвета не будут включены в калибровку.

Качество распознавания полос можно улучшить, изменив яркость в разделе DPI сканера в меню настроек. Затем в меню настроек выберите цветовой тест для калибровки. При появлении диалогового окна следует использовать настройки по умолчанию.

Убедитесь, что в левых полях установлены значения коррекции равные единице для наклона, а в правых полях — нулю для пересечения с осью y. Минимальное значение синего цвета должно быть установлено на ноль; параметры один и два можно игнорировать. Теперь нажмите кнопку анализа в диалоговом окне цветового теста.

Появится новое окно для сохранения результатов в документе Excel. Укажите имя и каталог для файла данных. Файл с выходными данными будет содержать значения RGB, значения star ASTAR B, а также расчеты HU и хроматичности.

Для каждого цветового патча постройте график зависимости значений L*, a*, b* каждого патча от эталонных значений L*, a* и b*, предоставленных производителем контрольной шкалы или указанных в сопроводительном письменном протоколе. Определите уравнение регрессии и запишите значение наклона и точку пересечения с осью y для каждого параметра. В диалоговом окне цветового теста введите обратное значение наклона и значение точки пересечения с осью y с противоположным знаком.

Для L*, A* и B* эти значения будут использоваться в качестве корректирующих значений для настроек цветового теста. В данном диалоговом окне установите минимальное значение синего цвета на 30 для плодов томата.

Если плоды меньше трех сантиметров, установите минимальное значение синего канала на 20. Это значение может потребовать корректировки, если программе TA трудно определить правильные границы или при анализе объектов, отличных от плодов томата. Тест цвета также позволяет пользователю определить два параметра, которые сообщают процент пикселей, попадающих в заданные диапазоны.

Для анализа томатов установите нижнее и верхнее значения для первого параметра на 70 и 100 соответственно, что соответствует нежелательным желтому и зеленому цветам мякоти. Установите нижнее и верхнее значения для второго параметра на 0 и 50 соответственно.

Они соответствуют желаемому красному цвету. Сохраните настройки для этих значений. Затем данные значения будут применяться ко всем анализируемым изображениям до закрытия программы.

Для сканированных изображений выберите вариант Illuminate C (2 градуса), а не вариант Illuminate D 65 (10 градусов), который применяется только для изображений, полученных при естественном освещении после калибровки. Проанализируйте изображения плодов на предмет цвета после ручной корректировки снимка и анализа изображений с помощью TA, как подробно описано в прилагаемом письменном протоколе. Нажмите кнопку save fruit.

Вся текущая информация, включая ручные корректировки и деселектированные объекты, сохраняется в новом файле с тем же именем, что и у исходного изображения. Чтобы вернуться к исходному файлу изображения без каких-либо корректировок, просто удалите соответствующий файл TMT. В качестве альтернативы выберите «анализировать» (analyze) и заново проведите анализ исходного изображения.

Однако следует отметить, что любой файл TMT с тем же именем, что и отсканированное изображение, остается связанным с исходным изображением до тех пор, пока изменения не будут сохранены путем перезаписи. Экспортируйте данные, нажав кнопку экспорта; данные будут выгружены в файл Excel. Отображаются значения атрибутов для каждого плода, среднее значение и стандартное отклонение.

Функция пакетного анализа позволяет экспортировать значения атрибутов из двух или более изображений. Запустите пакетный анализ, нажав кнопку открытия изображения. Выберите файлы изображений для проведения пакетного анализа.

Несколько файлов выбираются с помощью клавиши Shift или Ctrl при выборе дополнительных файлов. После выбора файлов нажмите клавишу «Открыть», затем можно выбрать тип вывода результатов пакетного анализа: только среднее значение, среднее значение и стандартное отклонение или отдельные измерения для каждого изображения.

Выберите имя для создаваемого файла Excel и нажмите кнопку сохранения. Программное обеспечение автоматически откроет файлы и начнет пакетный анализ. Если файлы изображений были ранее проанализированы и сохранены с помощью ta, для пакетного анализа будут открыты сохраненные TMT-файлы.

Если файлы ранее не анализировались, программное обеспечение выполняет анализ изображений без ручной настройки и выбора DES; TA может проводить пакетный анализ не менее 100 изображений с разрешением 600 DPI. Пакетный анализ также может быть использован для цветового теста: в зависимости от аппаратного обеспечения компьютера в пакетном режиме можно проанализировать до 100 изображений плодов. Откройте опцию цветового теста в меню настроек.

Установите флажок «batch analysis» (пакетный анализ) и нажмите «analyze» (анализировать). Появится новое окно для выбора изображений для анализа. В следующем окне укажите имя и каталог для файла данных.

Нажмите «сохранить», и начнется пакетный анализ цветового теста. Ниже представлены результаты анализа формы и цвета для двух изображений, демонстрирующих вариативность томатов. Выходные файлы обоих изображений расположены справа; в них отображены значения нескольких атрибутов формы и цвета для каждого плода.

Результаты пакетного анализа представлены в данном выходном файле, в котором указаны средние значения параметров формы и стандартное отклонение для 10 сортов томатов. Результаты анализа цвета при пакетной обработке содержат средние значения цвета для каждого плода, а также другие параметры. Мы только что продемонстрировали вам, как собирать изображения плодов томатов и анализировать их с помощью наиболее часто используемых функций, доступных в программе tomato analyzer.

Хотя данное программное обеспечение было разработано для анализа плодов томата, оно также может быть использовано для анализа других органов растений, включая листья и семена, а также томатов и других видов растений. На этом всё. Благодарим за внимание и желаем удачи в проведении вашего эксперимента.