Protocole de fabrication en trois dimensions vidéo infrarouge de gel dans les plantes
Summary
Nous présentons ici un protocole pour un fraisier de congélation en 3 dimensions de l’image. Deux caméras infrarouges placés à des angles légèrement différents sont utilisés pour produire une vidéo anaglyphe rouge bleu pour observer le gel de la plante en 3 dimensions.
Abstract
Dans les usines de congélation peut être surveillé à l’aide de la thermographie infrarouge (IR), parce que lorsque l’eau gèle, elle dégage de chaleur. Cependant, problèmes avec le contraste de couleur font 2-dimensions (2D) infrarouges images un peu difficiles à interpréter. Afficher une image IR ou la vidéo des usines de congélation en 3 dimensions (3D) permettrait une identification plus précise des sites de nucléation de la glace, ainsi que la progression de la congélation. Dans cet article, nous démontrons un moyen relativement simple pour produire une vidéo 3D infrarouge d’un fraisier de congélation. La fraise est une culture économiquement importante qui est soumise à un printemps inattendu gel des manifestations dans de nombreuses régions du monde. Une compréhension exacte de la congélation en fraise fournira les éleveurs et les cultivateurs avec des moyens plus économiques pour éviter tout dommage aux plantes lors des conditions de gel.
La technique implique un positionnement des deux caméras infrarouges à des angles légèrement différents pour filmer la fraise congélation. Les deux flux vidéo seront synchronisées avec précision à l’aide d’un logiciel de capture d’écran qui enregistre les deux caméras simultanément. Les enregistrements seront ensuite importés dans le logiciel d’imagerie et traitement à l’aide d’une technique de l’anaglyphe. À l’aide de lunettes rouge-bleu, la vidéo 3D rendra plus facile de déterminer l’emplacement précis de nucléation de la glace sur la surface des feuilles.
Introduction
Bien qu’ils vivent dans un monde de trois dimensions physiques, les chercheurs sont souvent limités au compte rendu des observations visuelles en 2D. Bien que des images 2D sont en général suffisants transmettre des informations importantes, ce manque d’information sur la profondeur limite notre capacité à percevoir et comprendre la complexité des objets réels. 1
Cette lacune dans l’information sur la profondeur a fourni une incitation à produire des vidéos 3D principalement dans l’industrie du cinéma commercial depuis le début des années 19001. Cependant, générant des informations claires 3D en images fixes et vidéo est entravée par les complexités impliquées dans la production de ces images. L’approche la plus simple à la production de film 3D repose sur les principes utilisés en photographie stéréoscopique. Photographie stéréoscopique utilise deux images du même objet sous des angles légèrement différents qui véhicule une image 3D dans le cerveau. Pour ce faire, chaque oeil doit examiner seulement son image respective (c.-à-d., le œil gauche à l’image de gauche et l’oeil droit à l’image de droite). Puisque les yeux naturellement ne fera cela, casque stéréoscopique est conçu pour que cette possible1. Plusieurs stéréoscopique techniques, aussi bien en polarisation entrelacé, temps multiplexés, réaliste et techniques de l’affichage tête-Mont, ont été utilisés lors de l’élaboration des films en 3D, mais la méthode couleur-entrelacement ou anaglyphe rouge et vert (ou cyan) lunettes est une des techniques plus simples et moins coûteux. Pour une étude d’imagerie 3D et les différentes techniques concernées, voir le commentaire de Geng1.
Gel chez les plantes à l’aide de la thermographie IR de la surveillance est basée sur le principe que lorsque l’eau gèle, elle doit renoncer à énergie interne2. Cette énergie est sous forme de chaleur, ce qui est détectable dans la région infrarouge du spectre électromagnétique. Appareils capables d’enregistrer l’énergie IR ont été en usage depuis 19293. Le premier rapport publié en utilisant la technologie IR au cinéma dans les usines de congélation est de Cecardi et al. 2, mais la résolution de la caméra utilisée, il est difficile de déterminer exactement le tissu où le gel est initié. Wisniewski et al. 4 déterminé plus précis sites de nucléation de la glace dans plusieurs espèces de plantes à l’aide d’une caméra de résolution plus élevée. Comme la technologie utilisée en thermographie IR améliorée, des images de résolution supérieure déclenché découvertes comme les obstacles au gel5 et la localisation cellulaire précise de la formation de glace6.
Une difficulté en tournage des sujets en IR est causée par des petites différences de températures. Cela provoquera la plupart des objets dans le champ de vision d’être une couleur semblable, rendant difficile de déterminer précisément quel objet (s) est/est gel. Cela peut être important quand détermine l’ordre de gel dans des tissus spécifiques, tels que des feuilles ou des racines dans le blé,6. Si la vidéo IR des usines de congélation peut être photographiée en 3D, la précision de déterminer quelle partie de la plante gèle à un certain moment dans le temps pourrait être améliorée.
La fraise est une récolte dans certaines régions des États-Unis où des températures glaciales sont extrêmement préoccupant pour les cultivateurs. Sous certaines conditions de culture, il est courant pour les fraises fleurs à apparaître 2 ou 3 semaines avant la moyenne au printemps dernier de geler. Un événement de gel peut survenir aussi tard qu’en juin dans certaines régions des Appalaches7 et habituellement des résultats dans la mort de la fleur. Protection contre le gel est donc critique pour geler les producteurs de fraises dans des domaines soumis à ces événements. Producteurs de fraises en Caroline du Nord, par exemple, doivent protéger en gel, en moyenne, entre 4 à 6 événements de givre avant floraison et gèle dur 1-2 au cours de la première fleur période8. Afin de développer des génotypes fraises qui sont plus tolérants de congélation, il est important de comprendre les différents aspects du gel, comme les sites de nucléation de la glace et la propagation dans d’autres parties de la plante. Thermographie IR fournit un moyen efficace de traiter ces questions.
Ici, nous utilisons fraise pour illustrer une technique d’enregistrement des événements congélation en 3D à l’aide de la méthode de l’anaglyphe. Fraise est bien adapté pour cet exemple, parce que les feuilles et les fleurs sont très répandues dans l’espace 3D et peuvent être difficiles à différencier vu en 2D vidéos infrarouges.
Protocol
Representative Results
Discussion
Deux caméras infrarouges sont nécessaires pour que ce protocole, et qu’ils doivent viser à l’objet des angles légèrement différents1. Cela nécessitera des lentilles à partir de 5-8 cm de distance, mais les deux doivent viser au même endroit sur le sujet à être filmé. Pense que les lentilles de 2 caméra en guise de substitut pour les yeux du spectateur. La caméra de gauche est analogue à le œil gauche et la caméra droite dans le œil droit. Le logiciel de post-traitement sera t…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par l’USDA financement interne.
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).
- 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).
