Protokoll för att producera tredimensionella infraröd Video av frysning i växter
Summary
Här presenterar vi ett protokoll för att bild en jordgubbe växt frysning i 3 dimensioner. Två värmekameror placerad vid något olika vinklar används för att producera en röd-blå anaglyf video för att observera frysning av anläggningen i 3 dimensioner.
Abstract
Frysning i växter kan övervakas med infraröd (IR) Termografi, eftersom när vatten fryser, det avger värme. Dock gör problem med kontrasten 2-mått (2D) infraröda bilder något svåra att tolka. Visning av en IR-bild eller video av växter frysning i 3 dimensioner (3D) skulle ge en mer exakt identifiering av platser för is kärnbildning samt utvecklingen av frysning. I detta papper visar vi ett relativt enkelt sätt att producera en 3D IR-video av en jordgubbe växt frysning. Jordgubbar är en ekonomiskt viktig gröda som utsätts för oväntade våren frysa händelser i många delar av världen. En korrekt förståelse av frysning i jordgubbe ger både uppfödare och odlare med mer ekonomiskt sätt att förhindra skador på växter under frysning villkor.
Tekniken innebär en positionering av två IR-kameror på något olika vinklar att filma jordgubbar fryser. Två videoströmmarna synkroniseras just använder en skärm ta till fånga programvara som registrerar båda kamerorna samtidigt. Inspelningarna kommer sedan att importeras till avbildningsprogrammet och bearbetas med en anaglyf-teknik. Använda röd-blå Glasögon, blir 3D-videon det enklare att avgöra den exakta platsen för is kärnbildning på leaf ytor.
Introduction
Trots att vi lever i en värld av tre fysiska dimensioner, är forskare ofta begränsade till rapportering visuella observationer i 2D. Även om 2D-bilder är i allmänhet tillräckligt för att förmedla viktig information, begränsar denna brist på information om djup vår förmåga att uppfatta och förstå komplexiteten i verkliga objekt. 1
Denna brist på information om djupet som ett incitament att producera 3D videor främst i kommersiella filmindustrin sedan tidigt 1900-tal1. Dock hindras generera tydliga 3D-information i stillbilder och video av komplexiteten som ingår i framställningen av dessa bilder. Det enklaste sättet att generera 3D-film är baserad på principer som används i stereoskopisk fotografi. Stereoskopisk fotografi använder tredjeparts två bilder av samma objekt från lite olika vinklar som förmedlar en 3D-bild i hjärnan. För att göra detta möjligt, måste varje öga bara titta på dess respektive bild (dvs, vänster öga på den vänstra bilden och höger öga på rätt bild). Eftersom ögonen kommer naturligtvis inte detta, var stereoskopisk huvudbonader avsedd att göra detta möjligt1. Flera stereoskopisk har visning tekniker, samt så sammanflätat polarisering, tid-multiplexed, och huvud-mount display teknik, använts under utvecklingen av 3D filmer, men metoden färg-sammanflätning eller anaglyf med röd och grön (eller cyan) Glasögon är en av de enklaste och billigaste teknikerna. För en omfattande översyn av 3D imaging och de olika teknikerna inblandade, se en översyn av Geng1.
Övervakning fryser i växter med IR Termografi är baserad på principen att när vatten fryser, det måste ge upp inre energi2. Denna energi är i form av värme, vilket är detekterbara i regionen IR i det elektromagnetiska spektrumet. Kameror som kan spela in IR energi har varit i bruk sedan 19293. Den första publicerade rapporten använder IR-teknik för att filma frysning i växter är från Cecardi et al. 2, men upplösningen för den kamera som används gör det svårt att exakt bestämma den vävnad där frysning initieras. Wisniewski o.a. 4 bestäms mer exakta platser av is kärnbildning i flera växtarter som använder en högre upplösning kamera. Eftersom tekniken i IR Termografi förbättrats, högre upplösning bilder ledde till upptäckter som hinder för frysning5 och precisa cellulär lokalisering av isen bildande6.
En svårighet vid filmning försökspersoner i IR orsakas av små skillnader i temperaturer. Detta kommer att orsaka de flesta objekt i synfältet som en liknande färg, vilket gör det svårt att avgöra exakt vilka objekt är frysning. Detta kan vara viktigt när fastställer hur frysning i specifika vävnader, såsom blad eller rötter i vete6. Om IR video av växter frysning kan avbildas i 3D, skulle riktigheten i att avgöra vilken del av växten är frysa vid en viss punkt i tid kunna förbättras.
Strawberry är en gröda i vissa områden i USA där minusgrader är av betydande oro för odlarna. Under vissa odlingsförhållanden är det vanligt för strawberry blommor visas 2-3 veckor innan Genomsnittligt förra våren frysa. En frys kan inträffa så sent som i juni i vissa områden av de Appalachian bergen7 och oftast resultat i döden av blomman. Frostskydd är därför kritisk för jordgubbsodlare i områden som omfattas av dessa frysa händelser. Jordgubbsodlare i North Carolina, till exempel måste frost-skydda, i genomsnitt mellan 4-6 frost händelser innan bloom och 1-2 hårt fryser under den tidiga blomma perioden8. För att utveckla strawberry genotyper som är mer frysning tolerant, är det viktigt att förstå olika aspekter av frysning, såsom platserna is kärnbildning och spridning till andra delar av anläggningen. IR Termografi ger ett effektivt sätt att hantera dessa frågor.
Här, använder vi jordgubbe för att illustrera en teknik för inspelning av frysning händelser i 3D med metoden anaglyf. Strawberry är väl lämpad för detta exempel eftersom bladen och blommorna är spridda i 3D rymden och kan vara svårt att skilja när de visas i 2D IR-videor.
Protocol
Representative Results
Discussion
Två IR-kameror är nödvändiga för detta protokoll, och de måste inriktas på ämnet från lite olika vinklar1. Detta kommer att kräva linser vara från 5-8 cm mellanrum, men båda måste inriktas på samma ställe på motivet för att filmas. Tänk 2 kameraobjektiv som ett slags surrogat för betraktarens ögon. Vänstra kameran är jämförbar med vänster öga och rätt kameran till höger öga. Efterbearbetning programvara kommer att tona den vänstra bilden till en röd färg och den hö…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöds av USDA intern finansiering.
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).
