Summary
Tomato Analyzer (TA) quantifiziert Attribute zweidimensionale Formen und Farben in eine reproduzierbare und genaue Weise. Eine Schritt-für-Schritt-Verfahren zur Erlangung hoher Qualität digitalisierten Bilder von Tomatenfrucht, morphologische und Farbe analysiert diese Bilder und mehrere Anwendungen unter Verwendung der Daten durch die Software erzeugt werden beschrieben.
Abstract
Mess-Obst Morphologie und Farbe Züge Gemüse-und Obstkulturen in eine objektive und reproduzierbare Weise ist für detaillierte phänotypische Analysen dieser Merkmale wichtig. Tomato Analyzer (TA) ist ein Software-Programm, dass 37 Attribute im Zusammenhang mit zweidimensionalen Form in eine semi-automatische und reproduzierbare Weise 1,2 Maßnahmen. Viele dieser Attribute, wie Winkel am distalen und proximalen Enden der Frucht und Bereichen Einzug, sind schwer zu manuell zu quantifizieren. Grundlegende Mess-, Obst-Shape-Index, Blockiness, Homogenität, Proximale Fruit End Shape, Distal Fruit End Shape, Asymmetrie, Internal Exzentrizität, Breiten-Section und Morphometrie: Die Attribute werden in zehn Kategorien innerhalb der Software organisiert. Die letzte Kategorie erfordert weder Vorkenntnisse noch vorgegebenen Vorstellungen von der Gestalt Attribute, bietet so morphometrische Analyse eine unvoreingenommene Option, die besser an High-Throughput-Analysen können als Attribut Analyse angepasst. TA bietet auch die Color Test-Anwendung, die entworfen, um Farbmessungen aus gescannten Bildern zu sammeln und erlauben das Scannen Geräte kalibriert werden mit Farbstandards 3 war.
TA bietet verschiedene Optionen für den Export und analysieren Formattribut, morphometrische und Farbdaten. Die Daten können in eine Excel-Datei im Batch-Modus (mehr als 100 Bilder auf einmal) exportiert werden oder exportiert als einzelne Bilder. Der Anwender kann zwischen Ausgang, dass die durchschnittliche zeigt für jedes Attribut für die Objekte in jedem Bild (einschließlich Standardabweichung), oder eine Ausgabe, die die Werte des Attributs zeigt für jedes Objekt auf dem Bild zu wählen. TA hat sich als wertvolles und effektives Werkzeug für indentifying und Bestätigung Tomatenfrucht Form Quantitative Trait Loci (QTL), sowie die Durchführung von eingehenden Analysen der Wirkung der wichtigsten Obst-Form Gene auf Pflanzenmorphologie worden. Außerdem können TA verwendet werden, um objektiv zu klassifizieren Frucht in verschiedener Form Kategorien. Schließlich können Früchte in Form und Farbe Züge in anderen Pflanzenarten sowie andere Pflanzenorgane wie Blätter und Samen mit TA ausgewertet werden.
Protocol
Tomato Analyzer (TA)-Software wurde entwickelt, um Objekte mit einer bestimmten Größe und Auflösung, in Bildpunkte (Pixel) pro Zoll (dpi) gemessen erkennen. Die Software ermittelt automatisch die Grenzen von Obst in einem gescannten Bild. Die Objekt-Grenze wird durch Konturverfolgung, die in einer Liste der benachbarten Punkte beschreiben die Grenze eines Objekts in einem Bild Ergebnisse ermittelt. Alle Fruchtform Messungen werden auf der Grundlage der Grenzen berechnet. Die Farbe Testmodul "Tomato Analyzer Color Test" wurde entwickelt, um die Farb-Parameter innerhalb der Grenzen von der Software erkannt zu quantifizieren. R (Rot), G (Grün) und B (Blau): Die Farbmessungen auf den RGB-Farbraum. Die durchschnittliche RGB-Werte für jedes Pixel wird durch Farbe Testmodul genommen und dann an den CIELAB-Farbraum, die L verwendet übersetzt *, a *, b *, um Farbe in einer Weise, dass die menschliche visuelle Wahrnehmung annähernd zu beschreiben. The Color-Test-Modul berechnet Hue und Chroma Farbe Deskriptoren auf a * und b basiert *.
Ein Schritt-für-Schritt-Protokoll ist für die Digitalisierung von Tomaten Obst und anschließender semi-automatische Analyse der Morphologie und Farbe Attribute mit dem TA-Software-Paket beschrieben. Das Protokoll ist in acht Stufen unterteilt: 1) Auswahl und Vorbereitung von pflanzlichem Material, 2) Bild Sammlung, 3) Software-Installation, 4) Bildanalyse und Kalibrierung für die TA-Test, 5) Manuelle Einstellung der Attribute, 6) User- definierten Einstellungen, 7) Speichern und Exportieren von Daten, und 8) Beispiele für die Datenanalyse.
1. Auswahl und Vorbereitung von Pflanzenmaterial
- Obst muss sauber und trocken sein.
- Fleischigen Früchte sollten nicht überreif, weil Erweichung Form Verformung führen können beim Schneiden der Frucht.
- Schneiden Sie die Früchte mit einem scharfen Messer mit Wellenschliff oder eine neue Rasierklinge. Je nach Art der Untersuchung und die Attribute, die ausgewertet werden sollten Obst längs oder quer durch das Zentrum geschnitten werden. Farbe Analyse angewendet, um längs oder quer geschnitten Obst sowie andere Teile, mit denen bestimmte Merkmale hervorgehoben werden.
- Trocknen Sie die internen Teil der Frucht durch Abtupfen mit Gewebe-oder Papiertücher, wenn die Frucht ist sehr saftig.
2. Bild Sammlung
- Cut Obst und Platz auf den Scanner mit der Schnittfläche nach unten. Legen Sie ein Lineal oben und ein Label unter der Frucht. Der Herrscher wird verwendet, um sicherzustellen, dass die richtige Scan-Auflösung gewählt wurde, und ist für die genaue Messung von Obst Attribute wichtig. Für High-Throughput-Analyse der Daten, ist es wichtig, Obst nur aus einer Pflanze (oder Genotyp) scannen zu einer Zeit und Früchte, die entweder längs oder quer geschnitten, aber nicht ist eine Mischung aus beiden auf dem gleichen Scan zu scannen. Legen Sie Obst dicht beieinander, aber vermeiden, dass neben Obst berühren. Vermeiden Sie auch große Leerräume zwischen den Früchten auf den Scanner. Wenn die Objekte zu weit voneinander entfernt sind, muss das Bild manipuliert mit Imaging-Software wie Adobe Photoshop oder GIMP vor der Analyse mit TA werden.
- Da TA-Software verwendet Bildauflösung genau zu messen Größe ist die richtige Auswahl des Scan-Auflösung für eine spätere Analyse wichtig.
- In der Regel, wenn die Objekte zwischen 1 und 8 cm sind, bei 200 oder 300 dpi (Pixel / Zoll) zu scannen. Wenn die Objekte> 8 cm sind, bei 100 dpi zu scannen. Für sehr kleine (<1 cm) Objekte wie Samen, bei 750 dpi oder höher zu scannen. Bei der Batch-Analyse geplant ist (siehe unten) und die Größe der Früchte ist nicht sehr variabel zwischen verschiedenen Pflanzen, ist es zweckmäßig, einen Scanner Auflösung für alle Bilder für das gleiche Experiment gesammelt werden sollen.
- Für Farbe testen, legen Sie die Auflösung des Scanners zu 200 dpi, wenn die Früchte <8 cm sind. Wenn die Früchte> 8 cm sind, bei 100 dpi zu scannen. Auch, stellen Sie die Bildgröße der Ausgabe am höchsten Anzahl von Farben erhältlich in den Scanner.
- Objekte sollen mit einem schwarzen oder sehr dunklen Hintergrund, um Schatten, die die Analyse stören wird verhindert, gescannt werden. Ein dunkler Hintergrund kann, indem man einen Karton über den Scanner erhalten werden, so dass alles Licht von der Leinwand beschränkt ist. Wenn ein weißer Hintergrund verwendet wird, wird TA nicht mehr funktionieren, weil die Anwendung für den Einsatz von dunklem Hintergrund optimiert ist.
- Das Bild sollte nach dem ersten Scan (vor dem Speichern des Bildes), große leere Räume zu vermeiden beschnitten werden. Wenn das Bild in diesem Stadium nicht beschnitten, muss sie beschnitten mit Imaging-Software wie Adobe Photoshop oder GIMP vor der Analyse mit TA werden.
- Für Farbe analysiert, wird der Scanner müssen kalibriert werden, wenn der Benutzer beabsichtigt werden, um RGB-Werte der universellen L übersetzen *, a * und b * Skala. Das Scannen der Farbe checker (Abbildung 1) vor oder während des Scannens der Früchte auftreten. Die gescannten Farben checker sollte in den gleichen Ordner wie die Frucht Bilder gespeichert werden. Scanner-Kalibrierung ist notwendig, weil Scanner, wie sie einzufangen Farbe d unterscheidenata und der Lichtquelle kann im Laufe der Zeit bei wiederholter Anwendung zu ändern.
- Beziehen Farbstandards und Scannen. Farbe Standards basierend auf der breiten Palette von Farben in der Kultur von Interesse beobachtet gewählt werden sollte. Für dieses Beispiel haben wir uns für eine Standard-24-Farbwiedergabe-Diagramm (ColorChecker, X-Rite, Grand Rapids, MI, Abbildung 1). Scan der Farbe checker, wie Sie die Früchte würden scannen. Scanner-Kalibrierung ist in Abschnitt 4.7 erläutert.
- Speichern Sie das gescannte Bild als JPEG-Datei.
Hinweis: Seien Sie vorsichtig und präzise beim Platzieren der Gegenstände auf den Scanner während der Bildsammlung Schritt. Je besser die Objekte ausgerichtet sind, desto weniger manuelle Einstellung erforderlich sein, wenn die Analyse der Frucht in TA. Beispiele für niedrige und hohe Bildqualität sind in Abbildung 2 dargestellt.
3. Software-Installation
- Tomato Analyzer (TA) Version 2.2.0.0 kann heruntergeladen werden unter http://www.oardc.osu.edu/vanderknaap/tomato_analyzer.htm . Die Tomate Analyzer User Manual und die Tomate Analyzer Color Test Handbuch sind ebenfalls auf dieser Website zur Verfügung.
- TA ist ein Windows-Betriebssystem (Version 2000 oder höher).
4. Bildanalyse und Kalibrierung für die TA Color Test
- Der Ordner mit Bildern muss auf der Festplatte und nicht im "My Documents"-Ordner oder auf einem entfernten Server platziert werden. Andernfalls wird TA nicht speichern die eingestellte Bilder im selben Ordner wie die Originalbilder. Stellen Sie sicher, dass die eingestellte Bilder mit der Endung. Tmt in den gleichen Ordner wie das Original sind. Jpg-Bilder (siehe Schritt 6.1.1).
- Starten Sie das TA-Programm wie jedes andere Software-Anwendung durch einen Doppelklick auf das Symbol.
- Der Benutzer muss die dpi-und Maßeinheiten, die entsprechenden Einstellungen festlegen, indem Sie "Scanner DPI" aus dem Menü "Einstellungen". Die dpi-Einstellung muss das gleiche wie die Image-Datei, so dass die Abmaße (Höhe, Breite, Umfang, Fläche) korrekt sind. Die "Einheiten verwendet" in der Dialogbox, welche Einheiten (cm, mm, in, oder Pixel) für die Datenausgabe. Im gleichen Dialogfeld können Sie die Helligkeit angepasst werden muss wenn die Objekte relativ dunkel sind.
Hinweis: Die DPI und Einheiten können auch nach manuelle Einstellungen oder nach Bildanalyse eingestellt werden. - Der Benutzer kann die Attribute, die durch die Auswahl "Measurement Saved" aus dem Menü "Einstellungen" gemessen werden. Dies kann zu jeder Zeit während oder nach der Analyse durchgeführt werden. Die Attribute werden in zehn Kategorien (dh Basis-Messung, Fruchtform Index, Blockiness, Homogenität, Proximale Fruit End Shape, Distal Fruit End Shape, Asymmetrie, Internal Exzentrizität, Breiten-Section und Morphometrie) zusammengefasst. Einzelne Attribute oder eine ganze Gruppe Messung auswählen oder durch Klicken auf die Gruppe oder ein Attribut abgewählt werden. Alle Attribute einer Messung Gruppe kann durch einen Klick auf das "+" dargestellt werden. Die ausgewählten Attribute werden nach Kategorie in das Fenster in der unteren rechten Ecke des Bildschirms, wie in Abbildung 3 dargestellt angezeigt.
- Um loszulegen, auf der "Open image"-Button und wählen Sie die Bilddatei aus dem Pop-up-Dialogbox. Das ausgewählte Bild wird im linken Fenster angezeigt werden.
- Zur Analyse des geöffneten Bildes, klicken Sie auf "Analyze"-Taste. Wenn Sie fertig sind, wird der Umfang jeder Frucht mit einer gelben Linie markiert werden und die Daten werden in der rechten unteren Daten angezeigt werden. Die Software wird automatisch deaktivieren sehr große oder kleine Gegenstände, wie ein Lineal oder Etikett vorzeigen. Die Abwahl Objekte werden mit einer blauen Linie markiert. Weitere Früchte können durch einen Rechtsklick auf ihr Image abgewählt werden. Nur Artikel mit der gelben umrissen werden in die Daten angezeigt und exportiert werden (Abbildung 3). Items in blau umrandete wird nicht in die Analysen einbezogen werden. Einzelne Objekte sind in der oberen rechten Fenster mit der linken Maustaste auf sie mit der Maus angezeigt.
Hinweis: Die Daten der Color-Testmodul sind nicht in der rechten unteren Datenfenster angezeigt. - Analysieren Sie die Farbe checker für Farbanalyse.
- Farbe checker und das Sammeln L *, a *, b * Werte. Öffnen Sie das gescannte Farb-checker Bild und analysieren, wie für Obst beschrieben. Stellen Sie sicher, TA erkennt jeden Patch als Objekt zu analysieren (gelb-Grenze). Wenn Sie mit einem Standard-Farbe checker sind, kann die Software nicht in der Lage sein die dunkleren Schwaden zu erkennen. Diese Farben werden nicht in die Kalibrierung einbezogen werden. Unter dem Menü Einstellungen die Option "Color Test". Das Dialogfeld erscheint. Achten Sie darauf, die Korrekturwerte zu 1 für die Steigung (links ankreuzen) und 0 für die y-Achse (rechts ankreuzen) gesetzt. Minimum Blau-Wert sollte auf 0 gesetzt werden, und die Parameter 1 und 2 können ignoriert werden. Klicken Sie auf die Schaltfläche Analysieren im Farbtest Dialogfeld. Ein neues Fenster wird erscheinen th sparene Ausgabe als "CSV" Dokument, das in Excel geöffnet werden können. Geben Sie den Namen und das Verzeichnis für die Daten-Datei. Die Ausgangsdaten Datei enthält die RGB-Werte, L *, a *, b * Werte und Berechnungen für Farbton und Farbsättigung für jedes Farbfeld.
- Ermittlung von Korrekturwerten für die Kalibrierung. Plot der L *, a *, b * Werte für jede Farbe Patch gegen Colorimeter Werte für L *, a * und b *, die verfügbar sind vom Hersteller der Farbe checker oder in Tabelle 1. Bestimmen Sie die Regressionsgleichung und notieren Sie die Steigung und der y-Achse für jeden Parameter. Im Dialogfeld geben Sie die Inverse der Steigung und der Rückseite der Zeichen der y-Achse Wert für L *, a * und b *. Diese Werte werden als Korrekturwerte für die "Color Test" Einstellungen verwendet.
- Farbtest ermöglicht dem Benutzer, zwei Parameter, dass der Anteil (%) der Pixel, die in bestimmten Bereichen der Tonwerte gewählt Herbst Bericht zu definieren. Für die Analyse von Tomaten zum Beispiel sind die untere und obere Werte für Parameter 1 70 bzw. 100, was zu unerwünschten gelb und grün-gelbem Fruchtfleisch Farbe entsprechen. Die untere und obere Werte für Parameter 2 sind 0 und 50 und entsprechen der gewünschten Farbe. Speichern Sie die Einstellungen für diese Werte. Diese Werte werden für alle Bilder, die zu analysierende sind, bis das Programm geschlossen wird aufgetragen werden. Für gescannte Bilder, wählen Sie das "Leuchtmittel C 2 °"-Option. Die "D65 10 °"-Option ist nur für Bilder in natürlichen Licht erworben angewendet.
- Ergebnisse Visualisierung (siehe Abbildung 3): Jede Zeile von Daten in der rechten unteren Datenfenster entspricht ein bestimmtes Objekt im Bild. Die Daten werden in der gleichen Reihenfolge wie die Objekte in der Grafik dargestellt. Die erste Zeile zeigt die Werte für das Objekt in der linken oberen Ecke und die letzte Datenzeile zeigt die Werte für das Objekt in der rechten unteren Ecke des Bildes. Klicken Sie auf eine Zeile, um die entsprechenden Früchte im oberen Fenster auf der rechten Seite angezeigt. Alternativ können Sie auf eine Frucht anklicken und die entsprechende Datenzeile wird hervorgehoben. Durch Klick auf die Registerkarte Attribut in der rechten unteren Fenster ist es möglich, um anzuzeigen, wie das Attribut wird für die jeweilige Frucht gemessen. Zum Beispiel, indem Sie auf distale Ende Winkel, wird der Winkel, den die Software auf die Frucht im linken Fenster gemessen gezeigt werden. Diese Funktion ist sehr nützlich bei der Identifizierung der Objekte, die manuelle Einstellung für genauere Messung benötigen.
Abbildung 4 zeigt ein Bild mit Farbe Testmodul zu analysieren. Allerdings sind die Ergebnisse nicht in die Daten-Fenster zu sehen. Daten können nur in einer Excel-Datei zugegriffen werden nach der Analyse wird gespeichert.
5. Manuelle Einstellung der Attribute
Manchmal ist die Grenze des Obst-und der proximalen und distalen Enden sind nicht korrekt TA gefunden. Auch wenn Obst in einem Winkel auf dem Scanner platziert sind, muss das Bild angepasst werden, um korrekte Messungen zu erhalten. Diese und andere Merkmale können durch manuelle Einstellung der Bilder nach der ersten Analyse korrigiert werden. Die verfügbaren Einstellungen werden unter den "Überarbeiten"-Menü-Taste und umfassen: Drehen, Begrenzung, proximalen Ende distalen Ende, Auto-Drehen, Anpassen Ellipse, Adjust Distal Protrusion, Adjust Pericarp Boundary, Default Pericarp Boundary.
Hinweis: Wenn Anpassungen vorgenommen werden sollen, stellen Sie zuerst die Grenze, gefolgt von der Rotation. Alle anderen Einstellungen können in beliebiger Reihenfolge folgende beiden Anpassungen vorgenommen werden. Eine Anpassung im Rahmen der Überarbeitung Menü ausgewählt bleibt ausgewählt, bis eine andere Einstellung gewählt wird. Dies ermöglicht dem Benutzer die gleiche Einstellung auf eine Abfolge von Schnitten durch Klicken auf die Scheibe Bild und dann auf die Schaltfläche Überarbeiten durchzuführen. Im Folgenden werden manuelle Anpassungen auf verschiedenen Obst-Attribute beschrieben.
- Grenze
- Ein Linksklick auf die Frucht im linken Fenster. Es wird in der rechten oberen Fenster angezeigt.
- Klicken Sie auf den Pfeil neben dem "Überarbeiten"-Taste und wählen Sie "Boundary" aus der Dropdown-Liste in der rechten oberen Fenster. Wählen Sie die Grenze Standort mit der linken Maustaste auf den Start-und Endpunkt der falschen Grenze geändert werden. Als Ergebnis wird die getrennte Grenze entfernt werden.
- So fügen Sie eine neue Grenze, klicken Sie links vom Startpunkt zum Endpunkt. Klicken Sie weiter, um die gewünschte Kontur zu folgen. Ein rechter Mausklick wird rückgängig einer früheren Modifikation. Mehrere Änderungen können durch aufeinanderfolgende richtigen Klicks rückgängig gemacht werden.
- Um die neue Grenze, drücken Sie die "Enter"-Taste. Ansonsten drücken Sie die Taste "Esc", um diesen Vorgang abzubrechen.
- Klicken Sie auf "Reset Boundary", um die ursprüngliche Grenze Einstellung zurückzukehren.
- Drehen. Diese Funktion wird verwendet, wenn ein Objekt nicht völlig senkrecht.
- Klicken Sie auf die entsprechende Frucht im linken Fenster. Es wird in der rechten oberen Fenster angezeigt.
- Klicken Sie auf den Pfeil neben dem "Überarbeiten"-Taste und wählen Sie "Drehen"aus der Dropdown-Liste.
- Eine Achse wird in der rechten oberen Fenster angezeigt. Ziehen Sie den grünen Platz am Ende der Achse und die Frucht wird entsprechend drehen.
- Doppelklicken Sie in das Fenster klicken oder drücken Sie die "Enter"-Taste zu beenden.
- Klicken Sie auf "Reset Rotation" auf die ursprüngliche Ausrichtung zurück.
- Passen proximalen Ende. Wenn es einen Fehler in der Position der proximalen Ende, werden die Messungen von dieser Funktion abgeleitet werden falsch. Wählen Sie eine Frucht, die Anpassungen erfordert, so dass es in dem Fenster auf der rechten Seite erscheint. Als nächstes wählen Sie die "Proximale Obst Ende shape" und die Registerkarte "Proximale Winkel Mikro-oder Makro" in die Datenausgabe Abschnitt unterhalb der ausgewählten Früchten. Das proximale Winkel wird nun für jede Frucht in das Bild auf der linken Seite gezeigt werden. Auf diese Weise können Winkel, die ungewöhnlich erscheinen identifiziert werden. Um die Position des proximalen Endes folgendermaßen vor:
- Klicken Sie auf die gewünschte Frucht im linken Fenster. Es wird in der rechten oberen Fenster angezeigt.
- Klicken Sie auf den Pfeil neben dem "Überarbeiten"-Taste und wählen Sie "Proximale End" aus der Dropdown-Liste.
- In der oberen rechten Fenster auf und ziehen Sie den Eckpunkt Indikator für die richtige Position.
- Doppelklicken Sie auf oder drücken Sie die "Enter"-Taste zu beenden.
- Passen distalen Ende. Die Position des distalen Endes des Objekts kann auch manuell geändert werden. Um effizient zu finden Frucht, die distale Ende Anpassungen benötigen, folgen Sie dem gleichen Verfahren wie für das proximale Ende.
- Klicken Sie auf die gewünschte Frucht im linken Fenster. Es wird in der oberen rechten Ecke des Bildschirms.
Klicken Sie auf den Pfeil neben dem "Überarbeiten"-Taste und wählen Sie "Distal End" aus der Dropdown-Liste. - In der oberen rechten Fenster auf und ziehen Sie den Eckpunkt Indikator für die richtige Position.
- Doppelklicken Sie auf oder drücken Sie die "Enter"-Taste zu beenden.
- Klicken Sie auf die gewünschte Frucht im linken Fenster. Es wird in der oberen rechten Ecke des Bildschirms.
- Das distale Ende Vorsprung. Diese Funktion erlaubt dem Benutzer, die Endpunkte auf dem Rand der Spitze zu definieren.
- Unter dem "Distal Fruit End Form", wählen Sie in der Spalte "Distal End Protrusion" und wählen Sie das Objekt einstellen.
- Klicken Sie auf den Pfeil neben dem "Überarbeiten"-Taste und wählen Sie "Adjust Distal Protrusion" aus dem Dropdown-Menü.
- Ziehen Sie die Punkte, die zu den gewünschten Positionen entlang der Grenze erscheinen.
- Drücken Sie die Enter-Taste zu beenden. Eine Linie erscheint und zeigt die Abschaltung der Kopfbereich und eine Neuberechnung der Fläche der Spitze. Die Ergebnisse werden in das distale Ende Protrusion Spalte angezeigt. Wenn die Spitze Bereich ist nicht in der gewünschten Position, wird die Auswahl "Reset Distal Protrusion" unter "Überarbeiten"-Taste, die Punkte auf ihre ursprünglichen Positionen zurück. Wenn ein Tipp-Bereich gefunden wird, sollte aber nicht vorhanden ist, wird die Auswahl von "Beseitigen Distal Protrusion" aus dem "Überarbeiten"-Taste die Punkte an der Unterseite der Frucht zu bewegen, was zu einem Wert von 0,0 für die "Distal End Protrusion"-Spalte.
- Auto-drehen. Diese Funktion ist speziell für Tomatensamen entwickelt, so dass sie automatisch mit dem spitzen Ende in die gleiche Richtung ausgerichtet werden. Zu diesem Zeitpunkt hat die Auto-Rotation-Funktion nicht auf andere Objekte wie Früchte der Arbeit.
- Passen Ellipse. Diese Funktion ermöglicht es dem Benutzer, um die Größe und / oder Verschieben des inneren Ellipse auf interne Obst Bereiche zu definieren. Dieses Attribut wird für die Interne Exzentrizität Funktions-und Fruchtform Index Interne Attribut des TA verwendet.
- Wählen Sie die Registerkarte Internal Exzentrizität, und wählen Sie dann eine der Spalten in der Registerkarte. Wählen Sie einen "Standard-Ellipse Größe" aus dem Menü "Einstellungen".
- Wählen Sie ein Objekt, und klicken Sie auf die "Überarbeiten"-Taste. Wählen Sie "Adjust Ellipse" aus dem Dropdown-Menü.
- Zwei Punkte erscheinen, die die oberen und linken Punkte der Ellipse. Verschieben sie beide die Größe und re-Zentren der Ellipse in Bezug auf die beiden neuen Punkte.
- Sobald diese Punkte, um ihre gewünschten Positionen eingestellt haben, drücken Sie die Enter-Taste. Die Ellipse wird neu gezeichnet werden. Wenn die Position akzeptabel ist, drücken Sie die Eingabetaste erneut, und die Werte in den Spalten werden aktualisiert.
- Wenn der interne Ellipse muss ohne umgestaltet bewegt werden, auf der Mitte der Objekte, wobei die Punkte waren klicken. Zwei Zeilen und drei grüne Punkte erscheinen. Bewegen Sie den Punkt etwa in der Mitte der Frucht an eine neue Position, um die Ellipse ohne Größenänderung bewegen positioniert.
- Drücken Sie die Eingabetaste, um zu beenden.
- Passen Fruchtwand Grenze. Diese Funktion ermöglicht es dem Benutzer, die Fruchtwand Region zu definieren und Bedürfnisse angepasst werden, wenn Pericarp Bereich "und" Pericarp Dicke Breiten Abschnitt "Registerkarte" in der ausgewählt "werden.
Hinweis: für Früchte, die über-reif sind, kann es schwierig oder unmöglich, die Fruchtschale aus dem Rest der Frucht zu unterscheiden.- Wählen Sie ein Objekt, und klicken Sie auf die "Überarbeiten" Drop-Down-mirnu. Wählen Sie "Standard Fruchtwand Grenze" und setzen den Standard, die am besten die Fruchtschale.
- Für weitere Anpassungen, wählen Sie "Adjust Fruchtwand Grenze" aus dem "Überarbeiten" Drop-Down-Menü.
- In der oberen rechten Fenster wählen Sie die Fruchtwand Grenze Position, die geändert werden muss. Dies ist mit der linken Maustaste auf den Start-und Endpunkt der falschen Grenze erreicht. Als Ergebnis wird die getrennte Grenze entfernt werden. Für das beste Ergebnis, sollte die kleinstmögliche Abschnitt Grenze zu einem beliebigen Zeitpunkt gewählt werden.
- So fügen Sie eine neue Grenze, klicken Sie links vom zweiten Punkt zurück auf den ersten Punkt. Klicken Sie weiter, um die gewünschte Kontur zu folgen. Ein rechter Mausklick wird rückgängig einer früheren Modifikation. Mehrere Änderungen können durch aufeinanderfolgende richtigen Klicks rückgängig gemacht werden.
Hinweis: Zu viele Fruchtwand Grenze Modifikationen in Absturz des Programms führen. - Um zu bestätigen, neue Grenze, drücken Sie die "Enter"-Taste. Ansonsten drücken Sie die Taste "Esc", um diesen Vorgang abzubrechen.
- Wählen Sie "Reset Pericarp Boundary", um die Grenze in ihre ursprüngliche Position zurück.
- Für die Farbanalyse, wenn die Grenze des Fleisches nicht am Rande der Frucht Bild (zB ein Schnitt quer durch die Obst-Schulter, zeigt die Haut der Frucht über dem Schnitt quer wie in Abbildung 4 dargestellt), der Benutzer muss die "Color Test" im Dialogfeld unter dem Menüpunkt "Einstellungen" zu öffnen. In diesem Dialog muss die minimale Blau-Wert auf 30 eingestellt und abgespeichert werden. Wenn die Früchte <3 cm sind, stellen Sie die minimale Blau-Wert bis 20. Dieser Wert muss möglicherweise weiter angepasst werden, wenn TA hat Probleme, das richtige Grenzen.
6. Benutzerdefinierte Einstellungen
Für einige Attribute, muss der Benutzer die Einstellungen bei der die Messung durchgeführt werden soll auszuwählen. Dies kann vor oder nach der Analyse durchgeführt werden und wird davon abhängen, ob ein Experiment, um bei den gleichen Einstellungen wie zuvor verwendet wurden oder ob es dem Benutzer, explorative Analysen tun, um den passenden Rahmen für die neue Analyse definieren will wiederholt werden soll.
- Einstellung des distalen und proximalen Ende blockiness. Blockiness ist definiert als das Verhältnis der Breite bei einer vom Benutzer ausgewählten Teil der Höhe am nächsten an der distalen / proximalen Ende der Frucht bis zur Mitte der Breite (Abbildung 5A) berechnet. Dies ermöglicht dem Benutzer zu wählen oder zu verändern die Lage auf dem Objekt, wo die Messung durchgeführt wird. Die oberen und unteren blockiness Positionen können durch die Eingabe eines neuen Wertes in der "Blockiness Position" unter "Einstellen"-Taste geändert werden.
- Einstellung der Mikro-und Makro-Winkel. Diese Einstellungen sind für die Berechnung der Winkel an verschiedenen Positionen von den Enden der Frucht (Abbildung 5B) verwendet. Die Makro-Einstellung wird in der Regel für Winkel von 5 bis 40% entlang der Grenze und der Mikro-Einstellung ist für 2 bis 10% an der Grenze eingesetzt.
- Anzahl der morphometrischen Punkte. Diese Funktion findet entlang der Grenze von jedem Objekt in das geladene Bild. Die distalen und proximalen Enden sind als Wahrzeichen Punkte für jedes Objekt im Bild verwendet. Die Anzahl der Punkte entlang der Grenze gemessen werden kann durch "# von morphometrischen Punkte" unter dem Menüpunkt "Einstellungen" gewählt werden. Zwischen 4 und 30 Punkte können ausgewählt werden. Die Software wird automatisch teilen die Anzahl der Punkte in der Hälfte ausgewählt und gleichmäßig verteilen sie auf jeder Seite der Frucht zwischen dem distalen und proximalen Enden.
7. Speichern und Exportieren von Daten
- Daten speichern
- Nach der manuellen Anpassungen des Bildes und Bildanalyse von TA, auf den "Save Fruit"-Button. Alle aktuellen Informationen, einschließlich der manuellen Anpassungen und abgewählt Objekte werden in eine neue Datei mit dem gleichen Namen wie der ursprüngliche Bild und ein tmt Endung. Jedes Mal, wenn eine Datei ausgewählt ist, wird die gespeicherte Datei tmt mit dem gleichen Namen automatisch geöffnet werden, da es auf die ursprüngliche Datei verknüpft ist. Allerdings sollte die tmt-Datei im gleichen Ordner wie die jpg-Bilddatei (siehe Abschnitt 4.1) gespeichert werden. Wenn die Software nicht speichert die tmt und jpg-Dateien in den gleichen Ordner, verschieben Sie das Bild in den Ordner C-Laufwerk.
- Um wieder auf die Original-Bilddatei, ohne die Anpassungen, löschen Sie einfach die zugehörige tmt Datei. Eine Alternative ist die Option "Analyze" und erneut analysiert das ursprüngliche Bild. Beachten Sie jedoch, dass jeder tmt mit dem gleichen Namen wie das Bild immer noch mit dem Bild das nächste Mal, dass die Datei geöffnet wird, es sei denn, natürlich, Anpassungen in den tmt Datei gespeichert zugeordnet werden.
- Exportieren von Daten
- Der Benutzer kann Daten für ein einzelnes Bild exportieren, indem Sie auf die Schaltfläche "Export". Die Daten werden in eine Excel-Datei exportiert werden und zeigt die Werte des Attributs für jede Frucht, die durchschnittliche und die Standardabweichung.
- TA-Anwendung kann auch exportieren Attributwerte aus zwei oder mehr Bilder ("Batch Analysis"-Funktion).
- STArt die Batch-Analyse, auf der "Open Image" klicken.
- Wählen Sie die Bilddateien zu Charge analysiert. Mehrere Dateien werden mit Hilfe der "Shift" oder "Strg"-Taste gedrückt zusätzliche Dateien. Nachdem die Dateien ausgewählt sind, auf der "Open"-Taste klicken.
- Der Benutzer wird aufgefordert, die Art der Batch-Analyse-Ausgang zu wählen: "Average Only", "Mittelwert und Standardabweichung" oder "Individuelle Messungen pro Bild". Ein Beispiel für zwei Arten der Export ist in Abbildung 6 dargestellt.
- Wählen Sie einen Namen für die Excel-Datei, die erstellt werden soll, und klicken Sie auf "Speichern" drücken. Die Software öffnet sich automatisch die Dateien und starten Sie die Batch-Analyse. Wenn die Bilddateien vorher analysiert und gespeichert haben durch TA, wird die gespeicherte. Tmt-Dateien für die Batch-Analyse geöffnet werden. Wenn die Dateien nicht zuvor analysiert wurden, wird die Software die Analyse der Bilder ohne manuelle Anpassungen vorgenommen oder aufgehoben durchzuführen. TA kann eine Batch-Analyse von mindestens 100 Bilder in 600 dpi durchzuführen.
- Batch-Analyse für die Farbanalyse. Öffnen Sie die "Color Test" Option unter Einstellungen-Menü. Überprüfen Sie die Batch Analysis und klicken Sie auf Analyze. Ein neues Fenster wird erscheinen, um die Bilder zu analysieren wählen. Im nächsten Fenster geben Sie den Namen und das Verzeichnis für die Daten-Datei. Klicken Sie auf Speichern. Die Ausgabe-Datei enthält die Namen der einzelnen Bild (basierend auf den Dateinamen) und durchschnittliche Farbwerte für jede Frucht auf das Bild. Die Parameter in der Ausgabe enthalten sind: Parameter 1, Parameter 2, R, G und B-Werte, Leuchtkraft, L *, a * und b * Werte sowie Farbton und Farbsättigung Werte. Farbtest Modul kann eine Batch-Analyse von bis zu 100 Früchten Bilder je nach Computer die Hardware zu tun.
8. Beispiele für die Datenanalyse
Die Ausgabe von TA erzeugt wird, kann für viele Anwendungen eingesetzt werden. In genetischen Studien, ist der Ausgang zur Erkennung Fruchtform QTL (Quantitative Trait Loci) in mehreren Trennung aus Kreuzungen zwischen verschiedenen Tomatensorten angebaut (S. Lycopersicum) und die wilden Spezies abgeleitet S. pimpinellifolium Beitritt LA1589 1,4,5. TA kann auch verwendet werden, um Früchte in Form Kategorien 6 klassifizieren und zu analysieren Tomatenfrucht Farbe Verfärbung aufgrund der physiologischen Störung "gelbe Schulter" 3 sein. Darüber hinaus ist die Software verwendet, um andere Pflanzenorgane wie Blätter 7 und Samen 8,9 analysieren.
9. Repräsentative Ergebnisse
Die Ausgabe der TA hat für weit unterschiedlichsten Anwendungen eingesetzt. In Fruchtform QTL-Studien wurden Obst Bilder (8 bis 10 Früchte pro Pflanze in einem Bild) von insgesamt 96 bis 130 Pflanzen in jeder Bevölkerung gesammelt. Anschließend wurden diese Bilder von TA 4,5 analysiert. Um festzustellen Zusammenhang zwischen Phänotypen und Genotypen wurden QTL Analysen mit Composite-Intervall-Mapping 10,11 und Multitrait Composite-Intervall-Mapping für Teilmengen von Attributen in jeder Population 12. Als Ergebnis wurden viele Regionen der Tomaten-Genom Controlling Fruchtform identifiziert. Einige dieser Regionen wurden in mehreren Populationen, während andere sich nur bei einer Population. Während einige Fruchtform QTLs (z. B. eiförmig, Sonne und fs8.1) aus früheren Mapping Studien bekannt waren, wurden mehrere andere Loci neu entdeckt. Insgesamt wurden 17 bis 36 QTLs Controlling Fruchtform Attribute in drei Trennung Populationen 2,4 festgestellt.
Daten, die von TA generiert wurde auch analysiert, mit Principal Components Analysis (PCA). In einer Studie wurden fünfzehn Form Attribute PCA unterworfen, und die ersten drei Hauptkomponenten (PC) wurden anschließend als Merkmale abgebildet. Die Daten zeigen, dass PC QTLs mit dem Attribut QTLs, die das Bauteil 4 Beitrag wurden überlagert. Trennung der Bevölkerung wurden auch verwendet, um die QTL mit Morphometrie der QTL mit der Form Attribute identifizierte vergleichen. Auch hier waren die Morphometrie QTL gezeigt, dass mit QTL Controlling Obst Form und Größe Attribute in 93% der Fälle 2 zusammenfallen. Diese Ergebnisse zeigen deutlich die Gültigkeit und die Reproduzierbarkeit der Daten, die von TA bei der Analyse von Obst Morphologie hergestellt.
Eine weitere Anwendung der TA ist die Schaffung einer Fruchtform Klassifikationssystem zu Tomatensorten auf objektiven Fruchtform Messungen zu identifizieren. Ein Keimplasma Sammlung von ~ 350 Tomaten Beitritte unterschiedlicher Herkunft und Obst Morphologie wurde untersucht. Etwa acht Früchte von jeder Pflanze wurden digitalisiert und analysiert mit TA. Zwei bestehende Klassifizierungssysteme, IPGRI 13 und UPOV 14 wurden ausgewertet und verglichen mit visuellen Vergleiche mit Obst Bilder in unserer Sammlung. Wir veränderten die morphologische Klassifikation der beiden Systeme durch die Kombination verschiedener Kategorien und durch die Schaffung von zwei neuen 6. Der proposed Kategorien sind flache, runde, lange, rechteckige, verkehrt eiförmig, ellipsoid, Herz und Ochsenherz. Die acht neuen Kategorien aus dem IPGRI 13 und UPOV 14 Systeme angepasst sind visuell unterscheidbar, und wurden mit TA-Messungen. Die TA-Ausgang von 37 Attribute aus jedem Beitritt wurde PCA und Lineare Diskriminanzanalyse (LDA) unterzogen, um die Messungen, die am besten zu definieren jeweils Fruchtform Kategorie, und auch zu beurteilen, wie genau die Diskriminator Attribute der visuellen Klassifizierung von jedem Beitritt erklären, zu identifizieren. Eine mögliche Anwendung dieser Fruchtform Klassifizierungssystem wäre die Ausgabe von TA zu Cluster-Beitritte auf phänotypische Daten zu verwenden und zu identifizieren Assoziationen zwischen verschiedenen Fruchtform Kategorien.
Die Color Test-Modul in TA war Farbmessungen mit einem Colorimeter (CR300) in einer Inzucht Rückkreuzung (IBC) der Bevölkerung aus Kreuzungen zwischen S. abgeleitet genommen im Vergleich lycopersicum Verarbeitung Sorten 3. Die L *, a * und b * Werte aus dem Colorimeter vergleichbar waren Farbwerte aus drei verschiedenen Scannern mit TA erhalten. Allerdings waren die Unterschiede zwischen den drei Scanner aufgrund von Hardware, Software oder nicht standardisierten RGB-Werte beobachtet. Daher wurde eine Option zur Korrekturwerte eingeben Color Test implementiert, um Scanner-Kalibrierung ermöglichen. In einer genetischen Studie mit Color Test von TA wurde die genetische Varianz für Farbe und Gleichmäßigkeit wesentlich höher als wenn diese Werte wurden aus einem Colorimeter erhalten. Diese Unterschiede sind durch TA Farbmessung Parameter einer gesamten Oberfläche, während die Colorimeter Analysen nur ein paar Punkte auf der Oberfläche. Schließlich wurde TA getestet und konnte Farbe und Gleichmäßigkeit in anderen Kulturen wie Kartoffeln, Gurken, muskmelon und Erdbeere 3 analysieren.
Abbildung 1. Standardfarbe Checker für Color Test-Modul, um die Farbwerte von verschiedenen Scannern und zu unterschiedlichen Zeiten zu kalibrieren.
Abbildung 2. Hohe Qualität digitalisierten Bilder sind für das ordnungsgemäße Funktionieren der TA erforderlich. A) Ein Beispiel für eine niedrige Bildqualität. TA versucht, Objekte im ganzen Bild zu finden. Wenn es große leere Räume, wie hier gezeigt, kann TA nicht richtig funktionieren oder abstürzen. Einige Früchte wurden nicht trocken getupft, und der Saft auf den Scanner-Bildschirm TA vom Erkennen der richtigen Frucht Grenze zu verhindern. Auch wenn die meisten Früchte falsch sind vertikal orientiert, wird viele Attribute nicht korrekt berechnet werden. Diese armen Bildqualität erheblich verlangsamen die Analyse der Fruchtform wegen der umfangreichen manuellen Anpassungen, müssen vor der Analyse gemacht werden. B) Ein Beispiel für ein qualitativ hochwertiges Bild. Die Früchte sind vertikal korrekt ausgerichtet, Abstand zu schließen, während nicht gegenseitig berühren und trocken getupft.
Abbildung 3. Screenshot der TA-Software. Das obere Fenster zeigt die Tasten für die verschiedenen verfügbaren Tools (zB geöffnete Bild, speichern Sie Obst, Export von Daten, passen Größe, zu analysieren und zu überarbeiten). Das Objekt in der rechten oberen Fenster für die manuelle Anpassungen ausgewählt worden und die Daten sind in der unteren rechten Fenster angezeigt. Die Werte für diese Frucht sind grau in der rechten unteren Datenfenster markiert. Die Objekte in gelb im linken Fenster dargestellt werden in die Analysen einbezogen werden, während Objekte in blau umrandete wird nicht in die Analysen einbezogen werden.
Abbildung 4. Ein Bild für die Tomate Analyzer verwendet - Color Test Anwendung.
Abbildung 5. Benutzerdefinierte Einstellungen. A) Blockiness Attribute. Die obere Position wird verwendet, um proximalen Ende blockiness und Dreieck Eigenschaften zu berechnen. Die Einstellung für die Ober-Position bestimmt, wo X gemessen wird (= 10% in der Abbildung). Die untere Position wird verwendet, um distale Ende blockiness und Dreieck Eigenschaften zu berechnen. Die Einstellung für die untere Position bestimmt, wo Y gemessen wird (= 90% in der Abbildung). Die Werte für diese Positionen gleich der Prozentsatz der Höhe von der Spitze der Frucht. B) Macro Winkel Attribute. Die grünen Linien stellen Prozentsatz (= 20% in der Abbildung) entlang der Grenze vom Ende (schwarzes Quadrat in der Abbildung), wobei der Winkel gemessen werden. Die Software bestimmt die Steigung mit + / - 5% des eingestellten Wertes. Für die Mikro-Winkel die Software bestimmt die Steigung mit + / - 2% des eingestellten Wertes.
Abbildung 6. Ein Beispiel für die Ausgabe von Daten mit Export-Tool aus dem Bild erhalten wurde, zeigte in Abbildung 3. A) Output Anzeige der Attributwerte für jede Frucht, die durchschnittliche und die Standardabweichung. B) Ausgabe die Anzeige der durchschnittlichen Attributwerte und die Standardabweichung für 10 Tomatensorten.
| L * | a * | b * | |
| 1 | 37,986 | 13,555 | 14,059 |
| 2 | 65,711 | 18,13 | 17,81 |
| 3 | 49,927 | -4,88 | -21,925 |
| 4 | 43,139 | -13,095 | 21,905 |
| 5 | 55,112 | 8,844 | -25,399 |
| 6 | 70,719 | -33,397 | -0,199 |
| 7 | 62,661 | 36,067 | 57,096 |
| 8 | 40,02 | 10,41 | -45,964 |
| 9 | 51,124 | 48,239 | 16,248 |
| 10 | 30,325 | 22,976 | -21,587 |
| 11 | 72,532 | -23,709 | 57,255 |
| 12 | 71,941 | 19,363 | 67,857 |
| 13 | 28,778 | 14,179 | -50,297 |
| 14 | 55,261 | -38,342 | 31,37 |
| 15 | 42,101 | 53,378 | 28,19 |
| 16 | 81,733 | 4,039 | 79,819 |
| 17 | 51,935 | 49,986 | -14,574 |
| 18 | 51,038 | -28,631 | -28,638 |
| 19 | 96,539 | -0,425 | 1,186 |
| 20 | 81,257 | -0,638 | -0,335 |
| 21 | 66,766 | -0,734 | -0,504 |
| 22 | 50,867 | -0,153 | -0,27 |
| 23 | 35,656 | -0,421 | -1,231 |
| 24 | 20,461 | -0,079 | -0,973 |
Tabelle 1. L *, a *, b * Werte für jeden Fleck von der Farbe checker (siehe Abbildung 1). Die Quelle der Leuchtmittel wurde D50 und der Beobachter Winkel betrug 2 °.
Discussion
High-throughput und genaue Auswertung der Pflanze Orgel Morphologie und Farbe ist wegen seiner quantitativer Natur und oft subjektiven Quantifizierung schwierig. TA bietet objektive und genaue Messungen von mehreren Früchten morphologischen und kolorimetrischen Eigenschaften in einem High-Throughput-und semi-automatische Weise. Der Nutzen der TA hat in Studien, die zur Identifizierung von Tomatenfrucht Form QTL 2,4,5 führte nachgewiesen. Darüber hinaus hat die Einstufung von cultivars6 und die Taxonomie der eine Gruppe von Arten wurden anhand der Ausgabe von TA 15,16. Hohe Ausdruck der Tomatenfrucht Form Gen so ergibt sich längliche Früchte 17. Mit TA-, Blatt-und cotyledon Form wurde in den Zeilen auszudrücken Sonne zu einem hohen Niveau 7 bestimmt, dass der Einsatz effektiv genutzt werden kann, um Morphologie der anderen Pflanzenorgane sowie zu messen. Darüber hinaus hat TA wurde von entscheidender Bedeutung bei der Identifizierung der genetischen Grundlagen der Größe der Samen in Tomaten und Sonnenblumen 8,9. Schließlich ist die Color Test-Modul in TA implementiert genauer und präziser und günstiger als andere Methoden, um Obst Farbe in Tomaten zu analysieren. Zusammenfassend hat TA zu einem wichtigen Werkzeug für die objektive und zuverlässige Beurteilung der Morphologie und Farbvariationen der Pflanzenorgane.
Acknowledgments
Diese Arbeit wurde von der National Science Foundation (DBI 0227541) unterstützt.
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