Protocol voor het produceren van driedimensionale infrarood Video van bevriezing in planten
Summary
Hier presenteren we een protocol om de afbeelding van een aardbei plant bevriezing in 3 dimensies. Twee infrarood camera’s geplaatst in iets verschillende hoeken worden gebruikt om een rood-blauw anaglyph video om te zien hoe de bevriezing van de fabriek in 3 dimensies te produceren.
Abstract
Bevriezing in planten kan worden gecontroleerd met behulp van infrarood (IR) thermografie, omdat als water bevriest, het geeft warmte af. Echter maken problemen met kleurcontrast 2-dimensies (2D) infraroodbeelden enigszins moeilijk te interpreteren. Bekijken van een IR-beeld of de video van planten bevriezing in 3 dimensies (3D), zou een meer accurate identificatie van sites voor ijs nucleatie en de progressie van bevriezing. In deze paper tonen we een relatief eenvoudige middelen om een 3D infrarood video van een aardbei plant bevriezing te produceren. Aardbei is een economisch belangrijke gewas dat is onderworpen aan de voorjaarsbijeenkomst van de onverwachte bevriezen gebeurtenissen in vele gebieden van de wereld. Een juist begrip van de bevriezing in aardbei zal bieden zowel kwekers en telers met zuiniger manieren ter voorkoming van eventuele schade aan planten tijdens het bevriezen van de voorwaarden.
De techniek houdt een positionering van twee IR-camera’s in iets verschillende hoeken naar de film van de aardbei bevriezing. De twee video streams zullen juist worden gesynchroniseerd met behulp van een zeef inneming software die records van beide camera’s tegelijkertijd. De opnames zal vervolgens worden geïmporteerd in de beeldbewerkingssoftware en verwerkt met behulp van een anaglyph techniek. Met behulp van rood-blauw-bril, zal de 3D video het gemakkelijker maken om te bepalen van de nauwkeurige plaats van ijs nucleatie op blad oppervlakken.
Introduction
Ondanks het leven in een wereld van drie fysieke afmetingen, zijn onderzoekers vaak beperkt tot het rapporteren van visuele waarnemingen in 2D. Hoewel 2D beelden over het algemeen voldoende om over te brengen van belangrijke informatie zijn, beperkt dit gebrek aan informatie over de diepte ons vermogen tot waarnemen en begrijpen de complexiteit van reële objecten. 1
Dit tekort aan informatie over de diepte stimulans een om te produceren 3D video’s voornamelijk in de commerciële filmindustrie sinds de vroege jaren 1900-1. Echter wordt duidelijk 3D-informatie genereren in de stilstaande beelden en video belemmerd door de complexiteit die betrokken zijn bij het opstellen van die beelden. De eenvoudigste aanpak voor het genereren van 3D film is gebaseerd op principes gebruikt in de stereoscopische fotografie. Stereoscopische fotografie maakt gebruik van twee beelden van hetzelfde object vanuit iets verschillende hoeken die een 3D-beeld in de hersenen vervoert. Dit om mogelijk te maken, moet elk oog kijken alleen haar respectieve imago (dat wil zeggen, het linkeroog op de linker afbeelding en het rechter oog op de rechterafbeelding). Omdat de ogen zal natuurlijk niet, werd stereoscopische hoofddeksels ontworpen om het maken van dit mogelijk1. Verschillende stereoscopische zijn bekijken technieken, zo goed als polarisatie-geïnterlinieerd, tijd-multiplexed, en hoofd-mount weergave technieken, gebruikt tijdens de ontwikkeling van 3D-films, maar de methode van het kleur-interliniëring of anaglyph met rood en groen (of cyaan) glazen is een van de eenvoudigste en minst dure technieken. Zie voor een uitgebreide herziening van 3D-beeldbewerking en de verschillende technieken die betrokken zijn, de beoordeling door Geng1.
Toezicht op bevriezing in planten met behulp van IR thermografie is gebaseerd op het beginsel dat als water bevriest, van interne energiemarkt2 geven moet. Deze energie is in de vorm van warmte, die aantoonbaar in het IR-regio van het elektromagnetische spectrum is. Camera’s registreren de IR energie al in gebruik sinds 19293. De eerste gepubliceerde rapport met behulp van IR-technologie om film bevriezing in planten is van Cecardi et al. 2, maar de resolutie van de camera gebruikt maakt het moeilijk om nauwkeurig bepalen het weefsel waar de bevriezing is gestart. Wisniewski et al. 4 bepaald nauwkeuriger sites van ijs nucleatie in verschillende plantensoorten met behulp van een hogere resolutie camera. Als de technologie die wordt gebruikt in IR thermografie verbeterd, resolutiebeelden met een hogere leidde tot ontdekkingen zoals handelsbelemmeringen bevriezing5 en de precieze cellulaire lokalisatie van ijs vorming6.
Een moeilijkheid in het filmen van de onderwerpen in IR wordt veroorzaakt door kleine verschillen in temperatuur. Hierdoor wordt de meeste objecten in het gezichtsveld een soortgelijke kleur, waardoor het moeilijk is om precies welke/de object(en) is/zijn bevriezing. Dit kan belangrijk zijn bij het bepalen van de volgorde van de bevriezing in specifieke weefsels, zoals bladeren of wortels in tarwe6. Als de IR-video van planten bevriezing kan worden beeld in 3D, kan de nauwkeurigheid vast te stellen welk deel van de plant is bevriezen op een bepaald punt in de tijd worden verbeterd.
Aardbei is een gewas in bepaalde gebieden van de Verenigde Staten waarin vrieskou van grote bezorgdheid voor de telers zijn. Onder sommige groeiomstandigheden is het gebruikelijk voor aardbei bloemen verschijnen 2-3 weken voor de gemiddelde afgelopen voorjaar bevriezen. Een freeze-gebeurtenis kan zo laat juni plaatsvinden in sommige gebieden van de Appalachen7 en meestal resultaten in de dood van de bloem. Vorst bescherming is, daarom, cruciaal voor aardbei telers in deze gebieden gebeurtenissen bevriezen. Aardbei kwekers in Noord-Carolina, bijvoorbeeld, moeten frost-beschermen, gemiddeld, tussen 4-6 vorst gebeurtenissen voordat bloom en 1-2 harde bevriest tijdens de vroege bloei periode8. Om te helpen bij het ontwikkelen van aardbei genotypen die meer bevriezing tolerant, is het belangrijk om te begrijpen van de verschillende aspecten van de bevriezing, zoals de sites van ijs nucleatie en verspreiding naar andere delen van de plant. IR thermografie biedt een doeltreffend middel om deze kwesties te behandelen.
Hier, gebruiken wij aardbei om te illustreren een techniek voor het opnemen van bevriezing gebeurtenissen in 3D anaglyph methode. Aardbei is geschikt voor dit voorbeeld omdat de bladeren en bloemen zijn op grote schaal verspreid in de 3D-ruimte en moeilijk om te onderscheiden wanneer in 2D infrarood video’s bekeken kunnen worden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Twee IR-camera’s nodig zijn voor dit protocol, en zij moeten zijn gericht op het onderwerp van iets verschillende hoeken1. Dit vergt de lenzen te zijn van 5-8 cm uit elkaar, maar beide gericht moeten zijn op dezelfde plaats op het onderwerp worden gefilmd. Denk aan de 2 cameralenzen als een soort van surrogaat voor de ogen van de kijker. De linker camera is analoog aan het linkeroog en de juiste camera aan het rechteroog. De post-processing software zal de linker afbeelding een rode kleur en het j…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gesteund door de USDA interne financiering.
Materials
| T620 Infrared Camera and software | FLIR | 55903-5122 | 2 cameras are needed. Software works only on a Windows-based computer |
| After Effects | Adobe | 15.0.1.73 | Post-Production Video Editing Software |
| Bandicam | Bandisoft | 4.1.2.1385 | Screen Capture Software |
| Laboratory Scissor Jack | Eisco | CH0642A | Steel Platform 13X15 cm |
| Fastening Strap | Velcro | 90441 | To hold camera on jack. Should be at least 60cm long by 2cm wide |
| Media Converter | iSkysoft | 10.0.6 | Software to convert mp4 files to .mov |
References
- Geng, J. Three-dimensional display technologies. Advances in Optics and Photonics. 5, 456-535 (2013).
- Ceccardi, T. L., Heath, R. L., Ting, I. P. Low-temperature exotherm measurement using infrared thermography. HortScience. 30, 140-142 (1995).
- Wimmer, B. . History of thermal imaging, Security Sales and Integration. , (2011).
- Wisniewski, M., Lindow, S. E., Ashworth, E. Observations of ice nucleation and propagation in plants using infrared video thermography. Plant Physiology. 113, 327-334 (1997).
- Kuprian, E., Tuong, T., Pfaller, K., Livingston, D. P., Neuner, G. Persistent supercooling of reproductive shoots is enabled by structural ice barriers being active despite an intact xylem connection. Public Library of Science ONE. 11, e0163160 (2016).
- Livingston, D. P., Tuong, T. D., Murphy, J. P., Gusta, L., Wisniewski, M. E. High-definition infrared thermography of ice nucleation and propagation in wheat under natural frost conditions and controlled freezing. Planta. 247, 791-806 (2017).
- Boyles, R. P., Raman, S. Analysis of climate patterns and trends in North Carolina (1949-1998). Environment International. 29 (2-3), 263-275 (2003).
- Poling, E. B., Poling, E. B. Managing Cold Events. A Growers’ Guide to Production, Economics and Marketing. , 75-97 (2015).
- Hacker, J., Neuner, G. Ice porpagaion in plants visualized at the tissue level by infrared differential thermal analysis (IDTA). Tree Physiology. 27, 1661-1670 (2007).
- He, J. Q., Harrison, R. J., Li, B. A novel 3D imaging system for strawberry phenotyping. Plant Methods. 13, 93-101 (2017).
