Protocolo para a produção de vídeo infravermelho tridimensional de congelamento em plantas

Summary

Aqui, apresentamos um protocolo para uma planta de morango gelada em 3 dimensões de imagem. Duas câmeras de infravermelhas, posicionadas em ângulos ligeiramente diferentes são usadas para produzir um vídeo de anaglyph azul e vermelho para observar o congelamento da planta em 3 dimensões.

Abstract

Congelamento em plantas pode ser monitorado usando termografia infravermelha de (IR), porque quando a água congela, desprende calor. No entanto, problemas com contraste de cor fazem 2-dimensões (2D) infravermelhas imagens um pouco difícil de interpretar. Visualização de uma imagem de IR ou o vídeo de plantas congelando em 3 dimensões (3D) permitiria uma identificação mais rigorosa dos sítios para nucleação de gelo, bem como a progressão de congelamento. Neste artigo, vamos demonstrar um meio relativamente simples para produzir um vídeo 3D infravermelho de uma planta de morango gelada. Morango é uma cultura economicamente importante que está sujeita a inesperada Primavera congelar eventos em muitas áreas do mundo. Uma compreensão precisa do congelamento em morango irá fornecer as criadores e produtores com formas mais econômicos para evitar qualquer dano às plantas durante condições de congelamento.

A técnica envolve um posicionamento de duas câmeras IR em ângulos ligeiramente diferentes para filmar o gelado de morango. Os dois fluxos de vídeo serão precisamente sincronizados usando um software de captura de tela que os registros de ambas as câmeras simultaneamente. As gravações serão importadas para o software de imagem e processadas utilizando uma técnica anaglyph. Usando óculos vermelho e azul, o vídeo 3D será mais fácil para determinar o local exato da nucleação de gelo nas superfícies da folha.

Introduction

Apesar de viver em um mundo de três dimensões físicas, pesquisadores muitas vezes são limitados a relatar observações visuais em 2D. Embora imagens 2D são geralmente suficientes para transmitir informações importantes, esta falta de informação sobre profundidade restringe nossa capacidade de perceber e compreender a complexidade dos objetos do mundo real. ¹

Esta deficiência em informações sobre a profundidade fornecido um incentivo para produzir vídeos 3D principalmente na indústria cinematográfica comercial desde o início dos anos 1900¹. No entanto, gerando informações claras 3D em ainda imagens e vídeo é prejudicada pelas complexidades envolvidas na produção dessas imagens. A abordagem mais simples para gerar o filme em 3D baseia-se em princípios utilizados em fotografia estereoscópica. Fotografia estereoscópica utiliza duas imagens do mesmo objeto de ângulos ligeiramente diferentes que transmite uma imagem 3D no cérebro. Para que isso seja possível, cada olho deve olhar apenas para sua respectiva imagem (ou seja, o olho esquerdo na imagem à esquerda e o olho direito na imagem à direita). Desde que os olhos não naturalmente o fará, arnês estereoscópico foi concebido para tornar este possível¹. Vários estereoscópico visualização técnicas, bem como polarização entrelaçado, tempo-multiplexados e técnicas de cabeça-montagem de exposição, têm sido utilizados durante o desenvolvimento de filmes 3D, mas o método de entrelaçamento de cor ou anaglyph usando vermelho e verde (ou ciano) óculos é uma das técnicas mais simples e menos caras. Para uma revisão abrangente da imagem em 3D e as diversas técnicas envolvidas, consulte a revisão por Geng¹.

Monitoramento de congelamento em plantas usando a termografia IR é baseado no princípio que quando a água congela, ele deve desistir de energia interna². Esta energia é sob a forma de calor, que é detectável na região do espectro eletromagnético de IR. Câmeras capazes de gravar a energia IR estiveram no uso desde 1929³. O primeiro relatório publicado usando tecnologia IR ao filme congelando em plantas é de Cecardi et al . ², mas a resolução da câmera usada torna difícil determinar com precisão o tecido onde o congelamento é iniciado. Wisniewski et al ⁴ determinados sites mais precisos de nucleação de gelo em várias espécies de plantas, usando uma câmera de resolução mais alta. Como a tecnologia usada em Termografia IR melhorada, imagens de alta resolução levaram a descobertas como entraves ao congelamento⁵ e a exacta localização celular de formação de gelo⁶.

Uma dificuldade em filmar temas em IR é causada por pequenas diferenças nas temperaturas. Isso fará com que a maioria dos objetos no campo de visão de ser uma cor semelhante, tornando-se difícil determinar precisamente qual objeto (s) é (é) congelamento. Isso pode ser importante quando determinar a ordem de congelar-se em tecidos específicos, tais como folhas ou raízes em trigo⁶. Se o vídeo IR de plantas congelamento poderia ser fotografado em 3D, a precisão de determinar qual parte da planta está frio em um certo ponto no tempo poderia ser melhorada.

Morango é das culturas em determinadas áreas dos Estados Unidos em que as temperaturas de congelação são de considerável preocupação para os produtores. Em algumas condições de crescimento, é comum para as flores de morango aparecer 2-3 semanas antes da média na primavera passada congelar. Um evento de congelamento pode ocorrer tão tarde quanto junho em algumas áreas dos Apalaches⁷ e geralmente resultados na morte da flor. Anti-gelo, portanto, é crítico para congelam de produtores de morango em áreas sujeitas a estes eventos. Produtores de morango na Carolina do Norte, por exemplo, geadam-proteger, em média, entre 4-6 eventos de geada antes de florescer e 1-2 difícil congela durante o início florescem período⁸. Para ajudar a desenvolver genótipos morangos que são mais tolerantes a congelar, é importante compreender os vários aspectos do congelamento, como os sítios de nucleação de gelo e propagação para outras partes da planta. Termografia IR fornece meios eficazes para solucioná-los.

Aqui, usamos o morango para ilustrar uma técnica para gravação de eventos de congelação em 3D usando o método anáglifo. Morango é adequado para este exemplo, porque as folhas e flores são amplamente distribuídas no espaço 3D e podem ser difícil diferenciar quando visto em vídeos 2D de infravermelhos.

Protocol

1. preparação Reunir os equipamentos, materiais e software para gravar e processar o vídeo da planta congelando. Começar um congelador programável, definindo o interruptor de alimentação para nae definir a temperatura de 0 ° C. Programa do freezer para chegar-8 ° C a 1 ° C/h. Coloca um 6 semanas de idade morango planta com flores de 2-5 que foi cultivada em um recipiente de 1 L para o congelador. Configurar 2 câmeras IR (por exemplo, …

Representative Results

Surpreendentemente, o vídeo de IR da planta de morango gelada (Supplemental vídeo 1) indicou que nem todas as folhas/flores congelou ao mesmo tempo. Ambas as folhas e flores individualmente congelaram em temperaturas diferentes, mas as folhas congelaram mais cedo do que as flores e a uma temperatura mais elevada. Além disso, o congelamento começou nas folhas, mas não necessariamente na mesma posição em cada folha. Enquanto estes resultados não têm sido descritos …

Discussion

Duas câmeras IR são necessárias para este protocolo, e eles devem visar o assunto de ângulos ligeiramente diferentes¹. Isso exigirá que as lentes para ser de 5 a 8 cm de distância, mas ambos devem visar o mesmo lugar sobre o assunto a ser filmado. Acho que as lentes de câmera de 2 como uma espécie de substituto para os olhos do observador. A câmera esquerda é análoga do olho esquerdo e a direito câmera no olho direito. O software de pós-processamento vai matizar a imagem à esquerda p…

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