Yöntem makalesi

Bitkilerde buz gibi üç boyutlu kızılötesi Video üretimi için iletişim kuralı

DOI:

10.3791/58025

⸱

12 Eylül 2018

 ,  ,  , 
1United States Department of Agriculture and North Carolina State University, 2Department of Horticulture Sciences, North Carolina State University

Bu makalede

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Burada, 3 boyutlu olarak buz gibi bir çilek bitki görüntü için bir protokol mevcut. Biraz farklı açılarda yerleştirilmiş iki kızılötesi kamera 3 boyutlu bitki dondurulması gözlemlemek için kırmızı-mavi anaglif video üretmek için kullanılır.

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Su donar, ısı verir çünkü bitkilerde buz gibi kızılötesi (IR) termografi, aracılığıyla izlenebilir. Ancak, renk karşıtlığını sorunları 2-Boyutlar (2D) kızılötesi görüntü biraz yorumlamak zorlaştırır. IR resim veya video 3 boyutlu (3D) olarak buz gibi bitkilerin ile ilgilenen daha doğru tanımlaması sitelerini buz çekirdekleşme için hem de donma ilerlemesini sağlayacak. Bu yazıda, buz gibi bir çilek bitki 3D bir kızılötesi video üretmek için nispeten basit bir yol gösterir. Çilek için beklenmeyen bahar tabi tutulur ekonomik açıdan önemli bir ürün donma olayları dünyanın birçok alanda var. Çilekli dondurma doğru bir anlayış doğurmak ve yetiştiricileri koşulları donma sırasında bitkiler için herhangi bir zarar görmesini önlemek için daha ekonomik yollar sağlar.

Teknik bir dondurma çilek film için biraz farklı açılarda iki IR kamera konumunu içerir. İki video akışları tam olarak aynı anda her iki kamera kayıtları bir ekran yakalama yazılımı kullanarak senkronize edilir. Kayıtları daha sonra görüntüleme yazılımı alınan olacaktır ve bir anaglif tekniği kullanılarak işlenebilir. Kırmızı-mavi gözlükle 3D video buz çekirdekleşme yaprak yüzeylerde hassas siteyi belirlemek kolaylaştırır.

Giriş

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Fiziksel boyutların bir dünyada yaşayan rağmen araştırmacılar genellikle 2D görsel gözlemler raporlama ile sınırlıdır. 2D görüntüleri önemli bilgileri iletmek için genellikle yeterli olmakla birlikte, bu derinliği hakkında bilgi eksikliği yeteneğimizi algıladıkları ve gerçek dünya nesneleri karmaşıklığını anlamak için kısıtlar. 1

Bu eksikliği derinliği hakkında bilgi beri erken 1900'lerde1ticari film endüstrisi başta olmak üzere, 3D videolar üretmek için bir teşvik sağladı. Ancak, hala görüntüleri ve video net 3D bilgi üreten bu görüntüleri üretiminde yer alan karmaşıklığı tarafından engel. 3D film üretmek için en basit yaklaşım stereoskopik fotoğrafçılıkta kullanılan ilkeleri temel alır. Stereoskopik fotoğraf biraz farklı açılardan bir 3D görüntü beyinde ilettiği aynı nesnenin iki görüntü kullanır. Bu mümkün yapmak için her göz sadece kendi imajını (yani, sol görüntü sol gözüne ve doğru görüntü sağ gözü) bakmak gerekir. Beri gözler doğal olarak bu işe yaramaz, stereoskopik başlık1bu mümkün yapmak için tasarlanmıştır. Stereoskopik çeşitli görüntüleme teknikleri, de gibi kutuplaşma titreşimli, zaman-multiplexed ve baş-mount görüntü teknikleri, 3D Filmler, ama kırmızı ve yeşil (veya Camgöbeği) kullanarak renk titreşimli görüntülemeyi veya anaglif yöntem geliştirilmesi sırasında kullanılmış olan Gözlük en ucuz ve basit teknikleri biridir. 3D görüntüleme ve çeşitli tekniklerin kapsamlı bir inceleme için Geng1tarafından inceleyin.

IR termografi kullanarak bitkilerde buz gibi izleme ilkesi üzerinde dayanır ne zaman su donar, iç enerji2yukarı vermek gerekir. Elektromanyetik spektrum IR bölgede algılanabilir ısı şeklinde enerjidir. Kameralar IR enerji kaydetmek mümkün kullanımda 19293' ten beri olmuştur. Bitkilerde buz gibi film IR teknolojisini kullanan ilk yayımlanan rapor--dan Cecardi ve ark. olduğunu 2, ama kullanılan Kameranın çözünürlüğü doğru donma başlatıldığı doku belirlemek zordur. Wisniewski vd. 4 daha kesin bir yüksek çözünürlüklü kamera kullanarak birkaç bitki türleri içinde buz çekirdekleşme sitelerin belirledi. Geliştirilmiş IR termografi içinde kullanılan teknoloji olarak, daha yüksek çözünürlük fotoğraf keşifler dondurma5 ve hassas hücrede yerleşimi buz oluşumu6engelleri gibi yol açtı.

IR bireylerde filme bir zorluk sıcaklıklarda küçük farklılıklar nedeniyle oluşur. Bu tam olarak hangi nesneleri/buz gibi olduğundan belirlemek üzere benzer bir renk olmak görüş alanı içinde nesnelerin çoğu neden olur. Gider gibi belirli dokularda, dondurma, sırasını belirleme ya da buğday6' kökleri bu önemli olabilir. Buz gibi bitkilerin IR video 3D görüntüsü Eğer bitki hangi parçası belirli bir noktada zamanında buz gibi belirleme doğruluğu geliştirilebilir.

Çilek bazı alanlarda dondurucu soğuklar yetiştiricileri için ciddi endişe olan Amerika Birleşik Devletleri bir üründür. Büyüyen bazı koşullar altında 2-3 hafta önce ortalama son bahar dondurmak görünmesini çilek çiçekler için yaygındır. Bir donma olayı Haziran olarak geç çiçek ölümde Appalaş Dağları7 ve genellikle sonuçları bazı bölgelerde ortaya çıkabilir. Frost, bu nedenle, bunlar tabi alanlardaki çilek yetiştiricileri olaylar dondurmak için kritik korunmasıdır. Örneğin, çilek yetiştiricileri Kuzey Carolina'da gerekir frost-korumak, ortalama olarak, bloom ve 1-2 sabit donuyor sırasında erken dönem8çiçek önce 4-6 Don olayları arasında. Daha hoşgörülü dondurma çilek genotip geliştirmeye yardımcı olmak için dondurucu, buz çekirdekleşme ve yayma bitkinin diğer parçalara siteleri gibi çeşitli yönlerini anlamak önemlidir. IR termografi bu sorunları çözmek için etkili bir yol sağlar.

Burada, çilek donma olayları 3D anaglyph yöntemini kullanarak kayıt için bir tekniği göstermek için kullanın. Yaprak ve çiçek 3B alanda yaygın olarak dağıtılır ve 2D kızılötesi video içinde görüntülendiğinde ayırt etmek zor olabilir çünkü çilek Bu örnek için son derece uygundur.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. hazırlık

  1. Ekipman, malzeme ve kaydetmek ve buz gibi bitki video işlemek için yazılım toplamak.
    1. Programlanabilir bir dondurucu üzerindegüç anahtarı ayarlayarak başlatın ve sıcaklık 0 ° c için ayarla Program-8 ° C'de 1 ° C/h ulaşmak için dondurucu.
  2. Bu bir 1 L kap içinde dondurucu içine büyüdü bir 6-hafta-yaşlı çilek bitki ile 2-5 çiçek yerleştirin.
  3. 2 IR kameraları (Örneğin, FLIR T620 kameralar) ayarla sıkılaştırma kayışlar ve küçük bir tahta parçası lensler doğru yakınsama açısı üretmek için kullanma.
    Not: optimum mesafe 2 kamera lens merkezi alanı genellikle gözler1 veya yaklaşık 7 cm arasındaki uzaklığı ile aynı olarak kabul edilir.
  4. Her ikisi fotoğraf makinesi 10 x 10 cm laboratuvar jack ve jack dolapta yeterince odaklı olmak için resmi izin için bitki yakın konum mount. Dikey ve yatay olarak kameralar ayarlamak bitki aynı parçası her iki kameralardan görünür olmasını sağlayın. Jack her ikisi fotoğraf makinesi 2 resim bütün bitki ve toprak bir bölümünü içeren dikey şekilde konumlandırmak için kullanın.
  5. Bir USB bağlantısı USB Outlet bilgisayarda kullanarak 2 kamera bağlayın.
  6. 2/c çıkışları bitkilerin sürekli izlenmesi izin vermek için her ikisi fotoğraf makinesi takın.

2. bilgisayar ve yazılım kurulumu için yazmak

  1. 2 pencere eşiği (1 pencere her bir kamera için) yazılım IR kamera yazılımı 2 simgesini çift tıklatarak açın x. Sol pencerede sol kamera ve sağdaki pencereye doğru kamera bağlamak için Yardım menüsü yönergeleri izleyin.
    Not: yazılım kullanma detayları yardım menüsü erişilebilir. Tek renkli bir palet kullanarak 3D render için kırmızı-mavi renklendirme gerekliliği nedeniyle bu örnek için uygundur.
  2. Ekran yakalama yazılımı program simgesini çift tıklatarak açın. Yakalama çerçeveyi tıklatıp aynı anda her ikisi fotoğraf makinesi bir ekran yakalama izin vermek için her ikisi fotoğraf makinesi içerir böylece Çerçeveyi sürükleyerek ayarlayın.
    Not: perde esir alma--dan her iki fotoğraf makinesi video akışı aynı anda sağ ve sol sayısı kusursuz bir senkronizasyon sağlar çünkü önemlidir.
  3. 3-h artışla daha kolay bir işleme video düzenleme yazılımı, video kaydı.
    Not: Kayıt için bir süre önce donma olayı için önemlidir bu yüzden ne zaman tam olarak bitki dondurdu, bilmek mümkün değildir. Dolayısıyla bu 3 h kaydetmek için ayarlanır önerilir segmentlerinde kaydetmek için seçenek bu yazılım, bir özelliğidir. Yazılımı otomatik olarak 3-h tuşuna ve sonra yeni bir kayıt başlar. Her 3 saat kayıt için dosya adının sonuna otomatik olarak bir sayısal dizi verilecektir. Her video dosyası olacak 20 GB 10'dan çok yeterli alan için birden çok dosya bu büyüklükte bir sabit sürücüdeki kullanılabilir olduğundan emin olun.
  4. Dondurucu program denetleyicisi menüde çalıştırın ' ı seçerek başlayın ve ekran yakalama başlar. Rec düğme üstünde belgili tanımlık pencere tuşuna basın. Yakalanan ekran bölgesinin gösterilen anahat kırmızıya döner emin olun.
  5. Aşağı-8 ° C soğuk çilek bitki kaydetmek ve 1 h için dondurucu sıcaklık tutun.
  6. Dondurucu + 2 ° C'de olana 2 ° C/s dondurucu sıcaklığı artırmak Durmak belgili tanımlık yazmak.
    Not: Saat buz gibi 14 h toplamıdır.
  7. Faiz dosyaları bir dosya dönüştürme yazılımı kullanarak .mov .mp4 biçiminden dönüştürme.
    Not: Bu durumda, 1 ya da daha fazla donma olayları içeren bir tek 3 h dosya kullanılır.

3. bir Video görüntüleme yazılımı kullanarak Video işleme

Not: Bu örnekte Video görüntüleme yazılımı kullanılır. Yazılım kullanımı hakkında dersler online olarak mevcuttur. Bu örnek yazılım temel bilgilere üstlenecek. "Kompozisyon", "katmanı" ve "sıra büyüsünü", yanı sıra çeşitli paneller ve nasıl onları, doğru gibi terimler anlayışı kabul edilir.

  1. İlgi .mov dosya görüntüleme yazılımı almak ve dosyayı proje panelinin altındaki kompozisyon simgesini sürükleyin için Proje paneli içinde herhangi bir yeri çift tıklatın. Daha sonra proje orijinal videoları içeren klasöre kaydedin.
    Not: kaydedilen video önizleme bölmesi'nde görünür.
  2. Önizleme penceresinin alt Bölgesi faiz ikonuna tıklayın ve imleci kullanarak, yalnızca sol kameradan kayıt anahat.
  3. Aynı .mov video aynı videonun ikinci bir kompozisyon oluşturmak için kompozisyon simgesine sürükleyin. 3.3 adımı yineleyin, ancak bu sefer, sadece doğru kamera seçmek için imleci kullanın.
  4. Kompozisyon seçin > Kırpma zorunlu bölge ilgi için sol görmek için. Sağdan görünüm için bu işlemi yineleyin. Hangi sol ve sağ göstermek için her kompozisyon yeniden adlandırın.
  5. Yanında tıkırtı üstünde o ve kompozisyon seçerek üstündeki ana menüde sol kompozisyonu vurgulamak > Render sıraya ekle.
  6. Render sırasındaki Çıktı modülü üzerinde tıklayın ve video bir video (Örneğin, bir QuickTime videosu) işlenip emin olun. Bir daha hızlı render izin vermek için çözünürlüğünü düşürmek için Oluşturma ayarları tıklatın. Çıktıyaüzerinde adı video Çilek solseçeneğini tıklatın ve özgün kayıt ve proje olarak aynı klasöre kaydedin. Kaydet' i tıklatın ve sonra render panelin sağ üst köşesindeki en Render düğmesini tıklatın.
  7. 3.6 Çilek sağ kompozisyon için yineleyin.
  8. Proje paneli çift tıklatın ve sadece render ve Çilek Çilek sol videoları alma.
  9. Her iki videoları üzerine gelin ve proje panelinin altındaki kompozisyon simgesine sürükleyin. Hala süreiçin soran açılan ekranda, 3 3-h süresi için 5 sıfır girin.
    Not: tam olarak senkronize, her iki videoları, Proje panelinde olacak, ama sadece en üstteki video kompozisyon panelinde görünür olacak.
  10. Diğer görüntü görüntülemek için küçük gözü katman açmak için tıklatın. İmleci kullanarak önizleme panelinde görüntülerin döngüsel bir kontrol sağlamak için Denetim/W butonuna basın. Tu§ları ve açık ve kapalı üst katmanı tıklayarak, üst veya alt görünümü her iki görüntüleri aynı dönüş uçak içinde olduğundan emin olmak için dönüş yönünü ayarlayın. Sonra X - ve Y-uçak doğrudan 3D gözlük alt yordam içinde ayarlayın.
  11. Kompozisyonu panelinin üst tabakası üzerine gelin ve efekti seçin > bakış açısı > 3D gözlük üst menüsünden.
    Not: Parametreler için 3D gözlük etkisi kontrol panelinin içinde çıkacaktır.
  12. Denetim Masası'ndaki "sol görünüm" kutusunu tıklatın — Denetim Masası Proje panelinden ayrılmış değil, Proje paneli kontrol paneli sekmesini tıklatın. Bir damla-aşağı yemek listesi kompozisyonu panelinde 2 videolarda listesinde, "sol görünüm" için listesinde videoyu vurgulayın. "Sağdan görünüm" için bu adımı yineleyin.
  13. 3B görünümüsağındaki kutusunda Kırmızı mavi LRseçin.
  14. Kırmızı-mavi gözlük kullanarak, Proje paneli görünümde inceleyin. 3B görünüm yanlış görünüyorsa, Takas sol-sağtıklatmayı deneyin. Sahne yakınsama ve Dikey hizalama gölgelenme ve göz herhangi bir zorlanma ortadan kaldırmak için ayarlayın.
  15. Video 3D yönünü kabul edilebilir olduğunda, kompozisyon tıklayarak vurgulayın ve kompozisyon seçin > Adım 3.7 olduğu gibi sıra işlemek için Ekle . Projedeki diğer dosyaları aynı klasöre video işlemek.
    Not: Bu dosya çok büyük olacaktır. Bir kez işlenir dosya, video düzenleme yazılımı kullanarak daha küçük bir dosya boyutuna yeniden işlenmiş olabilir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Doğal olarak, IR video (Tamamlayıcı Video 1) dondurma çilek bitkisinin tüm yaprakları/çiçekler aynı anda dondu belirtti. Yaprak ve çiçek ayrı ayrı farklı sıcaklıklarda dondu ama yaprakları daha önce dondu çiçekler daha ve daha yüksek bir sıcaklık. Buna ek olarak, donma yaprakları ama mutlaka her yaprak üzerinde aynı konuma başladı. Bu sonuçlar daha önce çilek içinde tarif edilmistir değil iken, diğer bitki tür6' benzer sonuçlar bulundu. Yaprakları ...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

İki IR kamera bu iletişim kuralı için gerekli olan ve onlar biraz daha farklı açılardan1özneden amaçlayan gerekir. Bu 5-8 cm arayla olmak lensler gerektirecektir, ama her ikisi de aynı yerde filme konu amaçlayan gerekir. 2 kamera mercekleri izleyicinin gözleri için vekil bir tür olarak düşünün. Sol kamera sol göz ve doğru kameranın sağ gözü için ROM'una benzer. Son işlem yazılım sol görüntü kırmızı bir renge ve bir mavi renk, sağ görüntü kırmızı-mavi gözlük takarak, sol göz sadece sol görüntü göre...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar ifşa gerek yok.

Teşekkürler

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu eser USDA şirket içinde fon tarafından desteklenmiştir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
T620 Kızılötesi Kamera ve yazılımıFLIR55903-51222 kameraya ihtiyaç vardır. Yazılım yalnızca Windows tabanlı bir bilgisayarda çalışır
After EffectsAdobe15.0.1.73Post Prodüksiyon Video Düzenleme Yazılımı
BandicamBandisoft4.1.2.1385Ekran Yakalama Yazılımı
Laboratuvar Makas Jakı   EiscoCH0642AÇelik Platform 13X15 cm
Sabitleme KayışıCırt Cırtlı90441Kamerayı jak üzerinde tutmak için. En az 60 cm uzunluğunda ve 2 cm genişliğinde
olmalıdır Media ConverteriSkysoft10.0.6Yazılımı mp4 dosyalarını .mov 

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Geng, J. Three-dimensional display technologies. Advances in Optics and Photonics. 5, 456-535 (2013).
  2. Ceccardi, T. L., Heath, R. L., Ting, I. P. Low-temperature exotherm measurement using infrared thermography. HortScience. 30, 140-142 (1995).
  3. Wimmer, B. History of thermal imaging, Security Sales and Integration. , Framingham, MA, USA. (2011).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Livingston, D. P. III, 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).
  7. Boyles, R. P., Raman, S. Analysis of climate patterns and trends in North Carolina (1949-1998). Environment International. 29 (2-3), 263-275 (2003).
  8. Poling, E. B. Managing Cold Events. A Growers' Guide to Production, Economics and Marketing. Poling, E. B. , NC Strawberry Association. Siler City. 75-97 (2015).
  9. 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).
  10. He, J. Q., Harrison, R. J., Li, B. A novel 3D imaging system for strawberry phenotyping. Plant Methods. 13, 93-101 (2017).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

K z l tesi Termografi3B Video retimiBuz ekirdeklenmesi Tespitiilek Bitkisi Donmasift Kamera KurulumuEkran Yakalama SenkronizasyonuAnaglif Tekni iK rm z Mavi G zl klerDonma lerlemesi AnaliziDerinlik Alg s G r nt leme

İlgili makaleler