محلل الطماطم : تطبيق برامج مفيدة لجمع بيانات دقيقة ومفصلة المورفولوجية واللونية من ثنائي الأبعاد كائنات

لاستخدام جهاز تحليل الطماطم، يتم تحضير ثمار الطماطم وقطعها لجمع صور رقمية. توضع الثمرة على الماسح الضوئي بحيث تكون الجوانب المقطوعة للأسفل، ثم تُمسح ضوئياً للحصول على صورة بصيغة JPEG.

بعد ذلك، يتم عرض الصور وتحليلها باستخدام برنامج تحليل الطماطم. تُحسب جميع قياسات شكل الثمرة بناءً على حدود الثمرة التي يتعرف عليها البرنامج، بينما صُممت وحدة اختبار اللون لتقدير معايير اللون داخل هذه الحدود. وفي الختام، يتم تصدير البيانات إلى ملف Excel في وضع الدفعة (batch mode) لأكثر من 100 صورة في المرة الواحدة أو كصور فردية.

مرحباً، أنا إستيفان دينا من هيئة التدريس في قسم البستنة وعلوم المحاصيل بجامعة ولاية أوهايو. أنا ماثيو روبنز من مختبر فرانسيس في قسم البستنة وعلوم المحاصيل بجامعة ولاية أوهايو. أنا غو رودريغيز من... سنعرض لكم اليوم إجراءً لجمع وتحليل بيانات الشكل والحجم واللون لثمار الطماطم باستخدام جهاز تحليل الطماطم.

نستخدم هذا الإجراء لدراسة شكل ولون ثمار الطماطم، لذا فلنبدأ. برنامج تحليل الطماطم، والذي يُرمز له اختصاراً بـ TA، هو برنامج حاسوبي يقيس 37 سمة تتعلق بالشكل ثنائي الأبعاد، ويمكنه أيضاً التقاط بيانات اللون بنظام RGB ونظام L star, A star B star العالمي للفضاء اللوني بطريقة شبه آلية وقابلة للتكرار. هنا، يُستخدم برنامج TA مع الصور الممسوحة ضوئياً لثمار الطماطم.

لبدء هذا الإجراء، تأكد من أن الفاكهة نظيفة وجافة. إذا كانت الفاكهة لحمية، تأكد من أنها ليست شديدة النضج لأن الليونة قد تسبب تشوهاً في الشكل عند تقطيع الفاكهة. ومن أجل قياس مدى تسطح أو استطالة الفاكهة، وجميع السمات باستثناء تلك المندرجة تحت فئة المقطع العرضي الطولي، استخدم سكيناً مسنناً أو شفرة حلاقة جديدة لقطع الفاكهة طولياً عبر المركز لقياس سمك pericarp، وبالنسبة لجميع السمات المندرجة تحت فئة المقطع العرضي، بالإضافة إلى بعض السمات في القياس الأساسي والمورفولوجي، يتم قطع الفاكهة عرضياً.

يمكن تطبيق تحليل اللون على الفاكهة المقطوعة طولياً أو عرضياً، بالإضافة إلى المقاطع الأخرى المصممة لإبراز سمات محددة. وأخيراً، جفف الجزء الداخلي من الفاكهة عن طريق التربيت باستخدام مناديل ورقية أو مناشف ورقية. إذا كانت الفاكهة غنية جداً بالعصارة، تصبح الفاكهة المقطوعة الآن جاهزة لعملية جمع الصور.

لإجراء تحليل عالي الإنتاجية، من الضروري مسح ثمار من نبات واحد أو نمط جيني واحد فقط في كل مرة، ومسح الثمار المقطوعة إما طوليًا أو عرضيًا، مع تجنب الخلط بين النوعين في المسح الواحد. ابدأ بوضع الثمار المقطوعة على الماسح الضوئي بحيث يكون الجانب المقطوع لأسفل بعناية ودقة. ضع الثمار على الماسح الضوئي متقاربة ولكن دون أن تتلامس.

كلما كان محاذاة الأجسام أفضل مع تقليل المساحات الفارغة الكبيرة بينها، قلّت الحاجة إلى التعديل اليدوي باستخدام برمجيات التصوير مثل Adobe Photoshop. وقبل تحليل الثمار في ta، ضع مسطرة فوق الثمار المستخدمة للتأكد من اختيار دقة المسح الصحيحة، وهو أمر ضروري للقياس الدقيق لخصائص الثمار. ضع ملصقاً أسفل الثمار للتأكد من تسمية الملف بشكل صحيح.

بما أن برنامج TA يستخدم دقة الصورة لقياس الحجم بدقة، فإن الاختيار المناسب لدقة المسح يعد أمراً هاماً؛ كقاعدة عامة، استخدم دقة 300 DPI للأجسام التي يتراوح حجمها بين واحد إلى ثمانية سنتيمترات. قم بالمسح بدقة 100 DPI للأجسام التي يزيد حجمها عن ثمانية سنتيمترات، وللأجسام الصغيرة جداً مثل البذور، قم بالمسح بدقة 750 DPI أو أعلى.

بالنسبة للتحليل الدفعي الذي لا يتفاوت فيه حجم الثمار بشكل كبير بين النباتات المختلفة، اختر إعداداً واحداً لدقة الماسح الضوئي لجميع الصور التي سيتم جمعها لنفس التجربة. كما يجب ضبط حجم صورة المخرجات على أعلى عدد من الألوان المتاحة في برنامج الماسح الضوئي. قم بإنشاء خلفية داكنة للأجسام عن طريق وضع صندوق من الورق المقوى فوق شاشة الماسح الضوئي أو فوقها.

تمنع الخلفية السوداء أو الداكنة جدًا ظهور الظلال التي قد تتداخل مع التحليل. ستؤدي الخلفية البيضاء إلى توقف برنامج TA عن العمل لأنه مُحسَّن للاستخدام مع خلفية داكنة. كما قد يتعرف مسح البرنامج على انعكاس الضوء والخلفية.

تم قص صورة الثمرة بعد المسح الضوئي الأولي قبل حفظها لتجنب المساحات الفارغة الكبيرة. وفي حال عدم قص الصورة في هذه المرحلة، يجب قصها باستخدام برامج التصوير مثل Adobe Photoshop قبل تحليلها بواسطة ta. احفظ الصورة الممسوحة ضوئياً كملف JPEG لتحليل الألوان، والذي يتضمن تحويل قيم RGB إلى معايير L star وA star وB star، مع معايرة الماسح الضوئي باستخدام لوحة تدقيق الألوان المُعدة مسبقاً.

يُستخدم هنا فاحص ألوان مخصص يمثل نطاق الألوان في الصور المستهدفة. كما يمكن استخدام فاحص ألوان قياسي أيضاً. قم بمسح فاحص الألوان أثناء عملية مسح الفواكه.

احفظ مسح لوحة التحقق من الألوان في المجلد نفسه الذي يحتوي على مسوحات صور الفاكهة. تعتبر المعايرة ضرورية لأن الماسحات الضوئية قد تختلف في كيفية التقاط وتفسير البيانات. وتسمح معايرة ألوان RGB بإتمام عملية التحويل إلى مساحة لونية عالمية للمضي قدماً في تحليل الصور.

يتطلب برنامج Tomato analyzer الإصدار 2.200 نظام تشغيل Windows الإصدار 2000 أو أحدث، ويمكن تحميله من موقعنا الإلكتروني. كما يتوفر دليل المستخدم ودليل اختبار الألوان على الموقع نفسه للتأكد من حفظ الصور الأصلية في المجلد ذاته الذي تُحفظ فيه الصور المعدلة الناتجة عن تطبيق TA. ضع المجلد الذي يحتوي على الصور الأصلية على القرص الصلب، وليس في مجلد My Documents أو على خادم بعيد.

قم بتشغيل برنامج TA. أولاً، حدد DPI ووحدات القياس من قائمة الإعدادات عبر اختيار scanner DPI. يجب أن يكون إعداد DPI مطابقاً لملفات الصور لضمان دقة قياسات الحجم.

تحدد الوحدات المستخدمة في مربع الحوار وحدات مخرجات البيانات. وفي مربع الحوار نفسه، قم بتعديل السطوع إذا لزم الأمر عندما تكون الأجسام داكنة نسبيًا. بعد ذلك، حدد السمات المراد قياسها من قائمة الإعدادات عن طريق اختيار "حفظ القياسات" (measurement saved).

تم تجميع السمات في 10 فئات، بدءاً من القياسات الأساسية وصولاً إلى المورفومتريا. يمكن للمستخدم تحديد أو إلغاء تحديد سمات فردية أو مجموعة قياس كاملة من خلال النقر على المجموعة أو السمة المعنية. كما يمكن عرض جميع سمات مجموعة القياس بالنقر على علامة الزائد.

تُعرض السمات المختارة حسب الفئة في النافذة الموجودة في الزاوية اليمنى السفلية من الشاشة. بعد ضبط دقة الإدخال ووحدات الإخراج واختيار السمات المراد تحليلها، انقر فوق زر فتح الصورة وحدد ملف الصورة. ستظهر الصورة المختارة في النافذة اليسرى من مربع الحوار المنبثق.

لتحليل الصورة المفتوحة، انقر فوق زر التحليل (analyze). عند الانتهاء، سيتم تحديد محيط كل ثمرة بخط أصفر، وتُعرض البيانات في نافذة البيانات الموجودة في أسفل اليمين. لاحظ أن بيانات اللون لا تظهر في هذه النافذة.

يقوم البرنامج تلقائياً بإلغاء تحديد الكائنات الكبيرة جداً أو الصغيرة جداً مثل المسطرة أو التسمية. وتظهر الكائنات التي تم إلغاء تحديدها محاطة بخط أزرق. استخدم المسطرة للتأكد من اختيار الوحدات ودقة الوضوح بشكل صحيح.

من خلال المقارنة مع قياسات الطول والعرض، يمكن إلغاء تحديد ثمار إضافية عن طريق النقر بزر الماوس الأيمن على صورتها فقط. العناصر المحاطة بإطار أصفر تظهر في نافذة البيانات، أما العناصر المصدرة والمحاطة بإطار أزرق فلا يتم تضمينها في التحليلات. كما يمكن عرض الكائنات الفردية في النافذة العلوية اليمنى عن طريق النقر عليها بزر الماوس الأيسر.

تتوافق البيانات الموجودة في نافذة البيانات أسفل اليمين مع كائن معين في الصورة، وتُعرض بنفس ترتيب الكائنات الموجودة في الصورة. يعرض الصف الأول القيم الخاصة بالكائن الموجود في الزاوية العلوية اليسرى، بينما يعرض صف البيانات الأخير القيم الخاصة بالكائن الموجود في الزاوية السفلية اليمنى من الصورة. بالإضافة إلى إمكانية النقر فوق ثمرة معينة لتظليل صف البيانات المقابل لها، يمكن النقر فوق صف ما لعرض الثمرة المقابلة له في النافذة العلوية على اليمين.

من خلال النقر على علامة تبويب "السمة" (attribute) في النافذة السفلية اليمنى، يمكن عرض كيفية قياس السمة لكل ثمرة محددة. على سبيل المثال، عند النقر على "زاوية النهاية القاصية" (distal end angle)، ستظهر الزوايا الموجودة على الثمرة في النافذة اليسرى والتي سيقوم البرنامج بقياسها. وتعد هذه الميزة مفيدة جداً عند تحديد الكائنات التي تتطلب ضبطاً يدوياً.

للحصول على قياسات أكثر دقة، يعرض النقر فوق الزر المراجع التعديلات اليدوية التي يمكن إجراؤها في التطبيق. فيما يلي بعض التعديلات اليدوية الأكثر استخداماً. أولاً، انقر بزر الماوس الأيسر فوق كائن في صورة النافذة اليسرى إذا كان يحتاج إلى تعديل يدوي.

إذا كانت الحدود بحاجة إلى تعديل، فقم بتعديل هذه الميزة أولاً عبر اختيار boundary. من القائمة المنسدلة لزر revised، حدد موقع الحدود المراد تعديلها عن طريق النقر بزر الماوس الأيسر على نقطة البداية ونقطة النهاية للحدود غير الصحيحة. ونتيجة لذلك، سيتم إزالة الحدود المحددة.

لإضافة حد جديد، انقر بزر الماوس الأيسر من نقطة البداية باتجاه نقطة النهاية، وتابع النقر لتتبع المخطط المطلوب. لتأكيد الحد الجديد، اضغط على مفتاح enter. بخلاف ذلك، اضغط على مفتاح escape لإلغاء هذه العملية.

بالنسبة للكائنات التي تتطلب تدويرًا، سيتم ضبطها بعد تحديد الحدود؛ ولكن قبل إجراء التعديلات اليدوية المتبقية، انقر فوق الفاكهة المناسبة في النافذة اليسرى. انقر فوق السهم الموجود بجانب زر "المراجعة" (revised) واختر "تدوير" (rotate) من القائمة المنسدلة، وسيظهر المحور في النافذة العلوية اليمنى. اسحب المربع الأخضر الموجود في نهاية المحور وستدور الفاكهة وفقًا لذلك.

اضغط على مفتاح enter لإنهاء هذا الضبط. تتوفر تعديلات يدوية أخرى. توجد التعليمات في البروتوكول المكتوب المرفق.

بالنسبة لبعض الخصائص مثل الزوايا ودرجة التكتل، حدد الإعدادات التي يجب عندها إجراء القياس. يمكن حساب الزوايا في مواقع مختلفة من أطراف الثمرة. ويمكن اختيار هذه الإعدادات من قائمة الإعدادات.

يتم حساب درجة التكتل (Blockiness) كنسبة عرض الثمرة عند نسبة مئوية يحددها المستخدم من الارتفاع، وذلك في المنطقة الأقرب إلى الطرف القاصي أو الداني من الثمرة، مقارنةً بالعرض المتوسط. وبالنسبة لاختبار اللون، يجب معايرة الماسح الضوئي؛ لذا ابدأ بفتح صورة أداة التحقق من الألوان الممسوحة ضوئيًا وقم بتحليلها بنفس الطريقة التي تم توضيحها للثمرة.

لجمع قيم L* و A* و B*، تأكد من أن برنامج TA يتعرف على كل رقعة ككائن للتحليل محدد بحدود صفراء. في حال استخدام لوحة فحص ألوان قياسية، قد لا يتمكن البرنامج من التعرف على المساحات الداكنة، ولن يتم تضمين هذه الألوان في عملية المعايرة.

يمكن تحسين التعرف على المسار عن طريق تغيير السطوع في قائمة الإعدادات تحت خيار DPI الخاص بالماسح الضوئي. بعد ذلك، ومن قائمة الإعدادات، اختر اختبار اللون (color test) للمعايرة. يجب استخدام الإعدادات الافتراضية عند ظهور مربع الحوار.

تأكد من ضبط قيم التصحيح على واحد للميل في المربعات اليسرى، وصفر لتقاطع محور y في المربعات اليمنى. يجب ضبط الحد الأدنى للقيمة الزرقاء على صفر، ويمكن تجاهل المعلمتين الأولى والثانية. الآن، انقر فوق زر التحليل (analyze) داخل مربع حوار اختبار اللون.

تظهر نافذة جديدة لحفظ المخرجات في مستند Excel. حدد الاسم والمجلد لملف البيانات. سيحتوي ملف بيانات المخرجات على قيم RGB، وقيم star ASTAR B، وحسابات HU والكرومية (chroma).

لكل رقعة لونية، قم برسم قيم L star ASTAR B لكل رقعة لونية مقابل قيم L star و A star و B star المرجعية، والمتوفرة من الشركة المصنعة للوحة فحص الألوان أو في البروتوكول المكتوب المرفق. حدد معادلة الانحدار وسجل الميل وتقاطع محور y لكل معامل. في مربع حوار اختبار الألوان، أدخل مقلوب قيمة الميل وعكس إشارة قيمة تقاطع محور y.

بالنسبة لـ L star و A star و B star، ستُستخدم هذه القيم كقيم تصحيح لإعدادات اختبار اللون. في مربع الحوار هذا، اضبط الحد الأدنى لقيمة اللون الأزرق على 30 لثمار الطماطم.

إذا كانت الثمار أصغر من ثلاثة سنتيمترات، اضبط الحد الأدنى لقيمة اللون الأزرق على 20. قد تحتاج هذه القيمة إلى تعديل إذا واجه برنامج TA صعوبة في تحديد الحدود الصحيحة أو عند تحليل أجسام أخرى غير ثمار الطماطم. كما يتيح اختبار اللون للمستخدم تحديد معلَمين يوضحان النسبة المئوية للبكسلات التي تقع ضمن نطاقات محددة.

بالنسبة لبعض قيم تحليل الطماطم، تم تعيين القيم الدنيا والعليا للمعامل الأول عند 70 و100 على التوالي، والتي تتوافق مع اللونين الأصفر والأخضر غير المرغوب فيهما. لون اللب الأصفر. كما تم تعيين القيم الدنيا والعليا للمعامل الثاني عند صفر و50 على التوالي.

تتوافق هذه القيم مع اللون الأحمر المطلوب. احفظ إعدادات هذه القيم، حيث سيتم تطبيقها بعد ذلك على جميع الصور التي يتم تحليلها حتى يتم إغلاق البرنامج.

بالنسبة للصور الممسوحة ضوئياً، اختر خيار Illuminate C two degree ولا تختر خيار Illuminate D 65 10 degree، والذي يُطبق فقط على الصور التي تم الحصول عليها في الضوء الطبيعي بعد المعايرة. قم بتحليل صور الفاكهة من حيث اللون بعد إجراء التعديلات اليدوية على الصورة وتحليل الصور بواسطة TA كما هو مفصل في البروتوكول المكتوب المرفق. انقر فوق زر حفظ الفاكهة.

يتم حفظ جميع المعلومات الحالية، بما في ذلك التعديلات اليدوية والكائنات التي تم إلغاء تحديدها، في ملف جديد يحمل نفس اسم الصورة الأصلية، ولكن بامتداد TMT. وللعودة إلى ملف الصورة الأصلي دون أي من هذه التعديلات، ما عليك سوى حذف ملف TMT المرتبط بها. بدلاً من ذلك، اختر تحليل (analyze) وأعد تحليل الصورة الأصلية.

ومع ذلك، يرجى ملاحظة أن أي ملف TMT يحمل نفس اسم الصورة الممسوحة ضوئياً يظل مرتبطاً بالصورة الأصلية ما لم يتم استبداله لحفظ التغييرات. يتم تصدير البيانات عن طريق اختيار زر التصدير، حيث تُنقل البيانات إلى ملف Excel. وتُعرض قيم السمات لكل ثمرة، بالإضافة إلى المتوسط والانحراف المعياري.

تتيح وظيفة التحليل الدفعي تصدير قيم السمات من صورتين أو أكثر. ابدأ التحليل الدفعي بالنقر على زر فتح الصورة، ثم اختر ملفات الصور المراد تحليلها دفعياً.

يتم تحديد ملفات متعددة باستخدام مفتاح shift أو control أثناء اختيار ملفات إضافية. بعد تحديد الملفات، انقر فوق مفتاح الفتح، حيث يمكن حينئذٍ اختيار نوع مخرجات التحليل الدفعي: المتوسط فقط، أو المتوسط والانحراف المعياري، أو القياسات الفردية لكل صورة.

اختر اسماً لملف Excel الذي سيتم إنشاؤه وانقر على مفتاح الحفظ. سيقوم البرنامج بفتح الملفات تلقائياً وبدء التحليل الدفعي. إذا كانت ملفات الصور قد تم تحليلها وحفظها مسبقاً بواسطة ta، فسيتم فتح ملفات TMT المحفوظة لإجراء التحليل الدفعي.

إذا لم يتم تحليل الملفات مسبقاً، يقوم البرنامج بتحليل الصور دون الحاجة إلى تعديلات يدوية أو تحديدات DES، ويمكن لـ TA إجراء تحليل دفعي لما لا يقل عن 100 صورة بدقة 600 DPI. كما يمكن استخدام التحليل الدفعي لاختبار اللون، حيث يمكن تحليل ما يصل إلى 100 صورة للثمار في دفعة واحدة اعتماداً على أجهزة الكمبيوتر المستخدمة. افتح خيار اختبار اللون من قائمة الإعدادات.

قم بتحديد خيار تحليل الدفعة (batch analysis) ثم انقر على تحليل (analyze). ستظهر نافذة جديدة لاختيار الصور المراد تحليلها. في النافذة التالية، حدد الاسم والدليل الخاص بملف البيانات.

انقر فوق حفظ لتبدأ عملية التحليل المجمّع لاختبار اللون. تظهر هنا نتائج الشكل واللون لصورتين تمثلان التباين في الطماطم. تظهر ملفات المخرجات لكلتا الصورتين على اليمين، حيث تعرض قيم العديد من سمات الشكل واللون لكل ثمرة.

تظهر نتائج تحليل الدفعة في ملف المخرجات هذا، حيث توضح متوسط قيم سمات الشكل والانحراف المعياري لـ 10 أصناف من الطماطم. تحتوي مخرجات تحليل اللون لتحليل الدفعة على متوسط قيم اللون لكل ثمرة، بالإضافة إلى معاملات أخرى. لقد قدمنا لكم للتو كيفية جمع صور ثمار الطماطم وتحليلها باستخدام الميزات الأكثر استخداماً والمتاحة في برنامج محلل الطماطم (tomato analyzer).

على الرغم من أن هذا البرنامج قد تم تطويره لتحليل ثمار الطماطم، إلا أنه يمكن استخدامه أيضاً لتحليل أعضاء نباتية أخرى، بما في ذلك الأوراق والبذور، وكذلك الطماطم وأنواع نباتية أخرى. هذا كل شيء. شكراً لمشاهدتكم وبالتوفيق في تجربتكم.