Protocollo per la produzione di Video tridimensionale a raggi infrarossi di congelamento in piante
Summary
Qui, presentiamo un protocollo per una pianta di fragola congelamento in 3 dimensioni di immagine. Due telecamere ad infrarossi posizionate ad angolature leggermente differenti sono utilizzati per produrre un video anaglifi rosso-blu per osservare il congelamento dell’impianto in 3 dimensioni.
Abstract
Congelamento in piante possa essere monitorato utilizzando termografia ad infrarossi (IR), perché quando l’acqua congela, emana calore. Tuttavia, problemi con contrasto di colore fanno 2-dimensioni immagini a infrarossi (2D) un po’ difficile da interpretare. Visualizzazione di un’immagine IR o il video di piante congelamento in 3 dimensioni (3D) consentirebbe una più accurata identificazione dei siti di nucleazione di ghiaccio nonché la progressione di congelamento. In questa carta, dimostriamo un mezzo relativamente semplice per produrre un video 3D a infrarossi di una pianta di fragola di congelamento. Fragola è una coltura economicamente importante cui è sottoposto un inaspettato primavera congelare eventi in molte aree del mondo. Una comprensione accurata del congelamento in fragola fornirà sia gli allevatori e i coltivatori con modi più economici per evitare danneggiamenti agli impianti durante condizioni di gelo.
La tecnica prevede un posizionamento di due telecamere IR ad angolature leggermente differenti per filmare la fragola di congelamento. I due flussi video verranno sincronizzati con precisione utilizzando un software di cattura schermo che registra contemporaneamente entrambe le fotocamere. Le registrazioni verranno quindi importate nel software di imaging e trattati con una tecnica di anaglifi. Utilizzando occhiali rosso-blu, il video 3D renderà più facile per determinare il sito preciso di nucleazione di ghiaccio sulle superfici di foglia.
Introduction
Pur vivendo in un mondo delle tre dimensioni fisiche, i ricercatori sono spesso limitati a riferire le osservazioni visive in 2D. Anche se immagini 2D sono generalmente sufficienti per comunicare informazioni importanti, questa mancanza di informazioni sulla profondità limita la nostra capacità di percepire e comprendere la complessità di oggetti del mondo reale. 1
Questa carenza di informazioni sulla profondità fornito un incentivo a produrre video 3D principalmente nell’industria cinematografica commerciale dal primi anni del 19001. Tuttavia, generando informazioni 3D in immagini fisse e video è ostacolata dalle complessità coinvolte nella produzione di tali immagini. L’approccio più semplice per la generazione di film in 3D si basa su principi utilizzati nella fotografia stereoscopica. Fotografia stereoscopica utilizza due immagini dello stesso oggetto da punti di vista leggermente diversi che trasmette un’immagine 3D nel cervello. Per rendere questo possibile, ogni occhio deve guardare solo alla sua rispettiva immagine (cioè, l’occhio sinistro l’immagine di sinistra e l’occhio destro l’immagine di destra). Dal momento che gli occhi non lo farà naturalmente, copricapo stereoscopico è stato progettato per rendere questo possibile1. Diversi stereoscopico visualizzato tecniche, anche come polarizzazione interlacciata, tempo-multiplex e tecniche di esposizione testa-supporto, sono state utilizzate durante lo sviluppo di film in 3D, ma il metodo di colore-intreccio o anaglifi utilizzando rosso e verde (o ciano) occhiali è una delle tecniche più semplici e meno costose. Per una rassegna completa di imaging 3D e le varie tecniche coinvolte, vedere la recensione di Geng1.
Monitoraggio di congelamento in piante mediante termografia IR si basa sul principio che quando l’acqua congela, deve abbandonare energia interna2. Questa energia è sotto forma di calore, che è rilevabile nella regione IR dello spettro elettromagnetico. Telecamere in grado di registrare l’energia IR sono stati in uso dal 19293. È il primo rapporto pubblicato utilizzando la tecnologia IR alla pellicola di congelamento in piante da Cecardi et al. 2, ma la risoluzione della fotocamera utilizzata rende difficile determinare con precisione il tessuto dove è iniziato il congelamento. Wisniewski et al. 4 determinato più precisi siti di nucleazione di ghiaccio in diverse specie di piante utilizzando una fotocamera a risoluzione più elevata. Come la tecnologia utilizzata in termografia IR migliorata, immagini ad alta risoluzione ha portato a scoperte come ostacoli al congelamento5 e la precisa localizzazione cellulare di ghiaccio formazione6.
Una difficoltà a riprese di soggetti in IR è causata da piccole differenze di temperature. In questo modo la maggior parte degli oggetti nel campo visivo di un colore simile, che lo rende difficile determinare con precisione quali oggetti sono congelamento. Questo può essere importante quando per determinare l’ordine di congelamento in tessuti specifici, come foglie o radici nel grano6. Se il video di IR di piante di congelamento potrebbe essere imaged in 3D, potrebbe essere migliorata la precisione di determinare quale parte della pianta è gelida a un certo punto nel tempo.
Fragola è una coltura in alcune zone degli Stati Uniti in cui le temperature di congelamento sono di notevole preoccupazione per i coltivatori. In alcune condizioni di coltivazione, è comune per i fiori della fragola a comparire congelare 2-3 settimane prima della media la scorsa primavera. Un evento di blocco può verificarsi più tardi giugno in alcune zone dei Monti Appalachi7 e solitamente risultati nella morte del fiore. Protezione antigelo è, pertanto, fondamentale per congelare i coltivatori di fragole in aree soggette a questi eventi. Fragola coltivatori in Carolina del Nord, ad esempio, gelo-devono proteggere, in media, tra 4-6 eventi di gelo prima della fioritura e si blocca dura 1-2 durante la prima fioritura periodo8. Per aiutare a sviluppare fragola genotipi che sono più tolleranti di congelamento, è importante capire i vari aspetti del congelamento, come ad esempio i siti di ghiaccio nucleazione e propagazione in altre parti della pianta. Termografia IR offre un mezzo efficace per affrontare questi problemi.
Qui, usiamo fragola per illustrare una tecnica per la registrazione di eventi congelamento in 3D utilizzando il metodo di anaglifi. Fragola è adatto per questo esempio, perché le foglie e i fiori sono ampiamente distribuiti nello spazio 3D e possono essere difficili da differenziare quando hanno visto in video 2D a infrarossi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Due telecamere IR sono necessari per questo protocollo, ed essi devono essere rivolti verso il soggetto da angolazioni leggermente diverse1. Ciò richiederà le lenti per essere da 5-8 cm tra loro, ma entrambi devono essere finalizzati allo stesso posto al soggetto di essere filmata. Le lenti della fotocamera da 2 può essere considerato una sorta di surrogato per gli occhi dello spettatore. La telecamera a sinistra è analoga all’occhio sinistro e la fotocamera giusta per l’occhio destro. Il soft…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Quest’opera è stata sostenuta dai finanziamenti in-House di USDA.
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 |
Riferimenti
- 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).
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- He, J. Q., Harrison, R. J., Li, B. A novel 3D imaging system for strawberry phenotyping. Plant Methods. 13, 93-101 (2017).
