制作植物冻结过程三维红外视频的实验方案

该方法可让您在三维空间中精确定位冰核形成及传播的位置，而使用某些红外相机可能难以实现这一点。该技术的优势在于能够提供深度信息，这是普通二维视频无法实现的。由于人类无法直接观察红外辐射，因此唯有通过能够探测红外辐射并将其转换为可见光谱的相机，才能可视化诸如冻结等产热过程。

尽管我们使用该系统来演示草莓植株的冰冻过程，但它也可用于任何在视觉图像中深度信息重要的项目中。该方案可能对某些人而言较为困难，因为它涉及使用一款学习曲线相对较陡的软件。首先，使用固定带和一小块木头，架设两台红外（IR）相机，以获得镜头之间合适的会聚角度。

两台摄像机必须对准同一物体，但角度略有不同，以对应人眼之间的距离。将两台摄像机安装在10厘米×10厘米的实验室升降架上。按照文本方案编程设置冷冻机后，将一株六周龄、带有两至五朵花的草莓植株放入一个一升的容器中，并置于冷冻机内。

使用千斤顶垂直调整两台相机的位置，使两个图像均包含整株植物及部分土壤。然后，通过 USB 连接线将两台相机连接到计算机，并将两台相机分别插入交流电源插座，以实现对植物的持续监测。要设置计算机和软件进行录制，请双击红外相机软件图标两次，打开两个软件窗口。

然后，按照帮助菜单中的说明，将左侧相机连接到左窗口，将右侧相机连接到右窗口。打开屏幕录制软件，通过点击并拖动来调整录制区域，使其包含两个相机的画面，从而实现对两个相机的同步屏幕录制。必须同时捕获两个相机的视频流，以确保左右图像精确同步。

屏幕录制软件将使您能够非常轻松地完成此操作。接下来，在控制器菜单中，通过选择“Run”启动冷冻程序，并开始屏幕录制。然后，单击窗口上的“Recording”按钮，确保显示正在录制区域的轮廓变为红色。

将草莓植株冷冻至零下八摄氏度，并将冰箱温度维持一小时。视频处理时，首先使用商用文件转换软件将屏幕录制软件生成的 MP4 文件转换为 mov 文件。然后，在项目面板内任意位置双击，将感兴趣的 mov 文件导入成像软件中，并将该文件拖动至项目面板底部的“合成”图标。

然后，将项目保存到包含原始视频的同一文件夹中。在预览窗口底部，单击“感兴趣区域”图标，并仅对左侧相机的录像部分进行勾画。将同一段 mov 视频拖动到“合成”图标，以创建该视频的第二个合成。

然后，使用右侧相机重复此步骤。接着，选择左侧视图的“合成”（Composition），将合成裁剪至感兴趣区域。之后，对右侧视图重复此步骤。

重命名每个合成文件，以标明左、右。通过单击选中左侧合成文件，然后在顶部主菜单中选择“合成”，“添加到渲染队列”。在渲染队列中，单击“输出模块”，并确保视频将被渲染为视频格式。

单击“输出到”，将视频命名为“Strawberry Left”，并将其保存到与原始录制文件和项目相同的文件夹中。单击“保存”，然后单击渲染面板右上角的“渲染”按钮。对“Strawberry Right”合成重复上述渲染操作。

接下来，双击项目面板，导入渲染好的 Strawberry Left 和 Strawberry Right 视频。同时选中这两个视频，将其拖动到项目面板底部的合成图标上。在弹出的对话框中要求输入静态图像持续时间时，输入数字三并添加五个零，以设置为三小时的持续时间。

在合成面板中选中顶层，然后从顶部菜单中选择“效果”、“透视”、“3D 眼镜”。在控制面板中，点击“左视图”右侧的方框，在合成面板的下拉菜单中列出两个视频，并在列表中选中用于左视图的视频。

然后，对右视图重复此步骤。在 3D 视图右侧的框中，选择红蓝左右模式。佩戴红蓝眼镜，在项目面板中检查该视图。如果 3D 视图显示不正确，单击“交换左右”。

调整场景汇聚和垂直对齐，以消除任何重影和视觉疲劳。当视频的 3D 效果达到可接受水平时，单击以选中该合成，并选择“合成”>“添加到渲染队列”，如本视频前面所示。最后，渲染视频。

该红外视频显示，尽管叶片上的结冰位置不一定相同，但叶片比花朵在更高的温度下结冰。叶片结冰后，冰冻现象沿叶柄向下延伸至植株的冠部。当温度再下降一到两度时，花朵开始结冰，首先从花萼开始，随后扩展到花瓣和花托。

将二维红外图像与三维佩戴眼镜图像进行比较时，三维图像更易于精确确定叶片和花朵结冰的顺序。这些小麦根系浸没在由泥炭组成的培养基中，并在冷冻前添加了冰屑，以确保根系能够冻结。冻核现象发生在约零下0.5摄氏度，在右侧根系的中段位置。

随后，冰冻从植株向上延伸至冠部，导致外层叶片基部结冰，再向下蔓延至植株后部的根部。需要注意的是，若缺乏三维视角，几乎无法判断特定根部结冰的顺序。应正确放置摄像机，确保每一台都对准被拍摄物体的同一位置。

使用本演示中所用的相机可确保生成红蓝立体视频的角度正确。该方法不仅可用于生成视频，还可通过从不同角度拍摄两张照片来生成任意物体的3D静态图像。