Tomato Analyzer: A Useful Software-Anwendung, um genaue und detaillierte morphologische und farbmetrischen Daten von zweidimensionalen Objekten sammeln

Um den Tomatenanalysator zu verwenden, werden Tomatenfrüchte vorbereitet und zugeschnitten, um digitalisierte Bilder aufzunehmen. Die Frucht wird mit den Schnittflächen nach unten auf den Scanner gelegt und gescannt, um ein JPEG-Bild zu erhalten.

Anschließend werden die Bilder in der Tomato Analyzer-Software betrachtet und analysiert. Alle Fruchtform-Messungen werden basierend auf den vom Software erkannten Fruchträndern berechnet, während das Farbtestmodul dazu konzipiert ist, die Farbparameter innerhalb dieser Ränder zu quantifizieren. Schließlich werden die Daten im Stapelmodus mit mehr als 100 Bildern gleichzeitig oder einzeln in eine Excel-Datei exportiert.

Hallo, ich bin Estevan Dena und gehöre zum Lehrkörper der Abteilung für Gartenbau und Pflanzenproduktion an der Ohio State University. Ich bin Matthew Robbins aus dem Francis-Labor in der Abteilung für Gartenbau und Pflanzenproduktion an der Ohio State University. Ich bin Gu Rodriguez aus dem Heute zeigen wir Ihnen ein Verfahren zur Erfassung und Analyse von Form-, Größen- und Farbdaten von Tomatenfrüchten mithilfe des Tomato Analyzer.

Wir verwenden dieses Verfahren, um die Morphologie und Farbe von Tomatenfrüchten zu untersuchen. Beginnen wir also. Der Tomatenanalysator, abgekürzt TA, ist ein Softwareprogramm, das 37 Merkmale im Zusammenhang mit der zweidimensionalen Form misst und außerdem Farbdaten im RGB- und im L*-A*-B*-Farbraum des universellen CIELAB-Farbsystems auf halbautomatische und reproduzierbare Weise erfassen kann. Hier wird TA mit gescannten Bildern von Tomatenfrüchten verwendet.

Um dieses Verfahren zu beginnen, stellen Sie sicher, dass die Frucht sauber und trocken ist. Wenn es sich um eine fleischige Frucht handelt, sollte sie nicht überreif sein, da eine Weichung während des Schneidens zu einer Formveränderung führen kann. Um zu bestimmen, wie flach oder länglich eine Frucht ist, sowie für alle Merkmale mit Ausnahme derer unter der Kategorie „latitudinaler Schnitt“, schneiden Sie die Frucht mit einem gezahnten Messer oder einer neuen Rasierklinge längs durch die Mitte, um die Dicke des Perikarps zu messen. Für alle Merkmale unter der Kategorie „latitudinaler Schnitt“ sowie einige unter „Grundmessung“ und „morphologischer Schnitt“ schneiden Sie die Frucht quer.

Die Farbanalyse kann an längs oder quer geschnittenen Früchten sowie an anderen Schnitten, die spezifische Merkmale hervorheben sollen, durchgeführt werden. Zum Schluss trocknen Sie den inneren Teil der Frucht durch Abtupfen mit Papiertüchern oder Küchenpapier. Wenn die Frucht sehr saftig ist, ist die geschnittene Frucht nun bereit für die Bildaufnahme.

Für die Analyse mit hohem Durchsatz ist es entscheidend, Früchte jeweils nur einer einzelnen Pflanze oder eines einzelnen Genotyps zu scannen und dabei entweder längs- oder quergeteilte Früchte zu verwenden, jedoch nicht eine Mischung aus beiden auf demselben Scan. Beginnen Sie damit, die geschnittenen Früchte vorsichtig und präzise mit der Schnittfläche nach unten auf den Scanner zu legen. Platzieren Sie die Früchte eng beieinander, ohne sie jedoch berühren zu lassen.

Je besser die Objekte ausgerichtet sind und je geringer die großen leeren Zwischenräume zwischen ihnen sind, desto weniger manuelle Nachbearbeitung mit Bildbearbeitungssoftware wie Adobe Photoshop ist erforderlich. Bevor die Früchte in ta analysiert werden, legen Sie ein Lineal über die Früchte, um sicherzustellen, dass die korrekte Scanauflösung gewählt wurde, was für die genaue Messung der Fruchtmerkmale wichtig ist. Platzieren Sie ein Etikett unterhalb der Früchte, um sicherzustellen, dass die Datei korrekt benannt ist.

Da die TA-Software die Bildauflösung verwendet, um die Größe präzise zu messen, ist die korrekte Auswahl der Scanauflösung als Regel für Objekte zwischen einem und acht Zentimetern wichtig. Scannen Sie Objekte, die größer als acht Zentimeter sind, mit 300 DPI. Scannen Sie mit 100 DPI und für sehr kleine Objekte wie Samen mit 750 DPI oder höher.

Für die Batch-Analyse, bei der die Fruchtgröße zwischen verschiedenen Pflanzen nicht stark variiert, wählen Sie eine Scannerauflösungseinstellung für alle Bilder aus, die im selben Experiment aufgenommen werden sollen. Stellen Sie außerdem die Ausgabebildgröße auf die höchstmögliche Anzahl an Farben ein, die in der Scanner-Software verfügbar ist. Erstellen Sie einen dunklen Hintergrund für die Objekte, indem Sie einen Pappkarton auf oder über den Scannerbildschirm stellen.

Ein schwarzer oder sehr dunkler Hintergrund verhindert Schatten, die die Analyse stören könnten. Ein weißer Hintergrund führt dazu, dass die TA abstürzt, da sie für die Verwendung eines dunklen Hintergrunds optimiert ist. Lichtreflexionen und der Hintergrund können ebenfalls durch den Software-Scan erkannt werden.

Die Frucht wurde nach dem ersten Scan zugeschnitten, um das Bild vor dem Speichern zu bearbeiten und große leere Flächen zu vermeiden. Falls das Bild zu diesem Zeitpunkt nicht zugeschnitten wird, muss es mithilfe einer Bildbearbeitungssoftware wie Adobe Photoshop vor der Analyse mit ta zugeschnitten werden. Speichern Sie das gescannte Bild als JPEG-Datei für die Farbanalyse, die die Umwandlung der RGB-Werte in die Parameter L Stern, A Stern und B Stern beinhaltet; kalibrieren Sie den Scanner mit einem zuvor vorbereiteten Farbprüfmuster.

Hier wird ein benutzerdefinierter Farbprüftest verwendet, der die Farbpalette der betreffenden Bilder repräsentiert. Es kann auch ein Standard-Farbprüftest verwendet werden. Scannen Sie den Farbprüftest während des Scannens der Früchte ein.

Speichern Sie den Farbprüfer-Scan im selben Ordner wie die Fruchtscannerbilder. Eine Kalibrierung ist notwendig, da Scanner sich in der Art und Weise unterscheiden können, wie sie Farben erfassen und interpretieren. Die RGB-Farbkali­brierung ermöglicht die Umwandlung in einen universellen Farbraum, um anschließend die Bildanalyse durchzuführen.

Tomato Analyzer Version 2.200 erfordert ein Windows-Betriebssystem ab Version 2000 und kann von unserer Website heruntergeladen werden. Ein Benutzerhandbuch und das Farbtest-Handbuch sind ebenfalls auf derselben Website verfügbar, um sicherzustellen, dass die Originalbilder im selben Ordner wie die von der TA-Anwendung erstellten bearbeiteten Bilder gespeichert werden. Speichern Sie den Ordner mit den Originalbildern auf der Festplatte und nicht im Ordner „Eigene Dokumente“ oder auf einem entfernten Server.

Starten Sie das TA-Programm. Legen Sie zunächst unter dem Menü „Einstellungen“ durch Auswahl von „Scanner-DPI“ die DPI und die Maßeinheiten fest. Die DPI-Einstellung muss mit der der Bilddateien übereinstimmen, damit die Größenmessungen genau sind.

Die in dem Dialogfeld verwendeten Einheiten bestimmen die Einheiten für die Datenausgabe. Passen Sie im selben Dialogfeld gegebenenfalls die Helligkeit an, wenn die Objekte relativ dunkel sind. Wählen Sie anschließend über das Einstellungsmenü die zu messenden Attribute aus, indem Sie „Messung gespeichert“ auswählen.

Die Attribute sind in 10 Kategorien von grundlegenden Messungen bis hin zu Morphometrien gruppiert. Man kann einzelne Attribute oder eine gesamte Messgruppe auswählen oder abwählen, indem man auf die Gruppe oder das Attribut klickt. Alle Attribute einer Messgruppe können angezeigt werden, indem man auf das Pluszeichen klickt.

Die ausgewählten Attribute werden nach Kategorie im Fenster in der unteren rechten Bildschirmecke angezeigt. Nachdem die Eingabeauflösung, die Ausgabeeinheiten festgelegt und die zu analysierenden Attribute ausgewählt wurden, klicken Sie auf die Schaltfläche „Bild öffnen“ und wählen Sie die Bilddatei aus. Über das Popup-Dialogfeld wird das ausgewählte Bild im linken Fenster angezeigt.

Um das geöffnete Bild zu analysieren, klicken Sie auf die Schaltfläche „Analysieren“. Nach Abschluss wird der Umfang jeder Frucht mit einer gelben Linie hervorgehoben, und die Daten werden im Datenfenster unten rechts angezeigt. Beachten Sie, dass die Daten zur Farbe in diesem Fenster nicht angezeigt werden.

Die Software hebt automatisch sehr große oder kleine Objekte wie ein Lineal oder eine Beschriftung ab. Die abgewählten Objekte sind mit einer blauen Linie hervorgehoben. Verwenden Sie das Lineal, um sicherzustellen, dass die Einheiten und die Auflösung korrekt ausgewählt wurden.

Durch den Vergleich mit den Messungen von Höhe und Breite können zusätzliche Früchte durch Rechtsklick nur auf deren Abbildung abgewählt werden. In Gelb umrandete Elemente werden im Datenfenster angezeigt, während in Blau umrandete exportierte Elemente nicht in die Analysen einbezogen werden. Einzelne Objekte können durch Linksklick mit der Maus im Fenster oben rechts angezeigt werden.

Die Daten im Datenfenster unten rechts beziehen sich auf ein bestimmtes Objekt im Bild und werden in der gleichen Reihenfolge wie die Objekte im Bild angezeigt. Die erste Zeile zeigt die Werte für das Objekt in der oberen linken Ecke an, und die letzte Datenzeile zeigt die Werte für das Objekt in der unteren rechten Ecke des Bildes an. Zusätzlich zum Anklicken einer Frucht, um die entsprechende Datenzeile hervorzuheben, kann man auch auf eine Zeile klicken, um die entsprechende Frucht im oberen Fenster rechts anzuzeigen.

Durch Klicken auf den Attribut-Tab im unteren rechten Fenster kann angezeigt werden, wie das Attribut für jede einzelne Frucht gemessen wird. Wenn beispielsweise auf den distalen Endwinkel geklickt wird, werden die Winkel an der Frucht im linken Fenster angezeigt, die von der Software gemessen werden. Diese Funktion ist sehr nützlich bei der Identifizierung von Objekten, die manuelle Anpassungen erfordern.

Für genauere Messungen zeigt ein Klick auf die Schaltfläche „Überarbeitet“ die manuellen Anpassungen, die in der Anwendung vorgenommen werden können. Im Folgenden sind einige der am häufigsten verwendeten manuellen Anpassungen aufgeführt. Klicken Sie zunächst mit der linken Maustaste auf ein Objekt im linken Fensterbild, falls eine manuelle Anpassung erforderlich ist.

Falls die Grenze angepasst werden muss, wählen Sie zuerst diese Funktion aus: Grenze. Wählen Sie aus dem Dropdown-Menü der Schaltfläche „überarbeitet“ die zu ändernde Grenzposition aus, indem Sie den Start- und Endpunkt der falschen Grenze per Linksklick markieren. Dadurch wird die markierte Grenze entfernt.

Um eine neue Begrenzung hinzuzufügen, klicken Sie mit der linken Maustaste vom Startpunkt zum Endpunkt und setzen Sie das Klicken fort, um der gewünschten Kontur zu folgen. Um die neue Begrenzung zu bestätigen, drücken Sie die Eingabetaste. Andernfalls drücken Sie die Escape-Taste, um diesen Vorgang abzubrechen.

Objekte, die eine Drehung erfordern, müssen nach der Begrenzung, aber vor den übrigen manuellen Anpassungen angepasst werden. Klicken Sie im linken Fenster auf die entsprechende Frucht. Klicken Sie auf den Pfeil neben der Schaltfläche „revidiert“ und wählen Sie „drehen“ aus der Dropdown-Liste aus; der Zugriff wird dann im oberen rechten Fenster angezeigt. Ziehen Sie das grüne Quadrat am Ende der Achse, und die Frucht dreht sich entsprechend.

Drücken Sie die Eingabetaste, um diese Anpassung abzuschließen. Weitere manuelle Anpassungen sind verfügbar. Anweisungen finden Sie im begleitenden schriftlichen Protokoll.

Für bestimmte Merkmale wie Winkel und Blockigkeit wählen Sie die Einstellungen aus, bei denen die Messung durchgeführt werden soll. Die Winkel können an verschiedenen Positionen ausgehend von den Enden der Frucht berechnet werden. Diese Einstellungen können über das Einstellungsmenü gewählt werden.

Die Blockigkeit wird als Verhältnis der Breite an einem benutzerdefinierten Anteil der Höhe, nahe dem distalen oder proximalen Ende der Frucht, zur mittleren Breite berechnet. Für den Farbtest muss der Scanner kalibriert werden. Öffnen Sie zunächst das gescannte Bild des Farbprüfmusters und analysieren Sie es auf die gleiche Weise wie zuvor für die Frucht gezeigt.

Um die L*-Werte, A*-Werte und B*-Werte zu erfassen, stellen Sie sicher, dass die TA-Software jeden Farbfeld als zu analysierendes Objekt erkennt, das durch die gelbe Begrenzung gekennzeichnet ist. Bei Verwendung eines Standard-Farbprüftafels kann die Software die dunkleren Felder möglicherweise nicht erkennen. Diese Farben werden nicht in die Kalibrierung einbezogen.

Die Erkennung von Swaths kann verbessert werden, indem die Helligkeit unter der Scanner-DPI über das Einstellungsmenü geändert wird. Anschließend im Einstellungsmenü die Farbprüfung zur Kalibrierung auswählen. Wenn das Dialogfeld erscheint, sollten die Standardeinstellungen verwendet werden.

Stellen Sie sicher, dass die Korrekturwerte für die Steigung in den linken Feldern auf eins und für den y-Achsenabschnitt in den rechten Feldern auf null gesetzt sind. Der minimale Blauwert sollte auf null festgelegt werden, und die Parameter eins und zwei können ignoriert werden. Klicken Sie nun auf die Schaltfläche „Analysieren“ im Farbtest-Dialogfeld.

Es erscheint ein neues Fenster, um die Ausgabe in einem Excel-Dokument zu speichern. Geben Sie den Namen und das Verzeichnis für die Datendatei an. Die Ausgabedatendatei enthält die RGB-Werte, die Stern-A- und Stern-B-Werte sowie die Berechnungen für HU und Chroma.

Tragen Sie für jeden Farbpatch die L*-A*-B*-Werte jedes Farbpatches gegen die entsprechenden Farbwerte für L*, A* und B* auf, die vom Hersteller des Farbprüfers oder in dem beigefügten schriftlichen Protokoll zur Verfügung gestellt werden. Ermitteln Sie die Regressionsgleichung und notieren Sie die Steigung und den y-Achsenabschnitt für jeden Parameter. Geben Sie im Dialogfeld für den Farbtest den Kehrwert der Steigung und das umgekehrte Vorzeichen des y-Achsenabschnitts ein.

Für L*, a* und b* werden diese Werte als Korrekturwerte verwendet. Für die Farbtesteinstellungen. Legen Sie in diesem Dialogfeld den minimalen Blauwert für Tomatenfrüchte auf 30 fest.

Wenn die Früchte kleiner als drei Zentimeter sind, legen Sie den minimalen Blauwert auf 20 fest. Dieser Wert muss möglicherweise angepasst werden, wenn TA Schwierigkeiten hat, die korrekten Grenzen zu finden, oder wenn Objekte analysiert werden, die keine Tomatenfrüchte sind. Der Farbtest ermöglicht es dem Benutzer außerdem, zwei Parameter zu definieren, die den Prozentsatz der Pixel angeben, die in bestimmte Wertebereiche fallen.

Einige Werte zur Analyse der Tomate legen die untere und obere Grenze für Parameter eins bei 70 bzw. 100 fest, was einem unerwünschten Gelb und Grün entspricht. Gelbe Fruchtfleischfarbe. Legen Sie die untere und obere Grenze für Parameter zwei bei null bzw. 50 fest.

Diese entsprechen der gewünschten roten Farbe. Speichern Sie die Einstellungen für diese Werte. Diese Werte werden dann auf alle Bilder angewendet, die analysiert werden, bis das Programm geschlossen wird.

Wählen Sie bei gescannten Bildern die Option „Illuminate C two degree“ und nicht die Option „Illuminate D 65 10 degree“, die nur für unter natürlichem Licht aufgenommene Bilder nach der Kalibrierung angewendet wird. Analysieren Sie die Fruchtbilder hinsichtlich der Farbe nach manueller Anpassung des Bildes und der Bildanalyse mittels TA, wie im begleitenden schriftlichen Protokoll beschrieben. Klicken Sie auf die Schaltfläche „save fruit“.

Alle aktuellen Informationen, einschließlich manueller Anpassungen und abgewählter Objekte, werden in einer neuen Datei mit dem gleichen Namen wie die ursprüngliche Bilddatei gespeichert. Mit der TMT-Erweiterung kann jedoch jederzeit zum ursprünglichen Bilddatei ohne Anpassungen zurückgekehrt werden, indem die zugehörige TMT-Datei gelöscht wird. Alternativ wählen Sie analysieren und reanalysieren Sie das ursprüngliche Bild erneut.

Beachten Sie jedoch, dass jede TMT-Datei mit dem gleichen Namen wie das gescannte Bild weiterhin mit dem ursprünglichen Bild verknüpft bleibt, es sei denn, man überschreibt sie, um Änderungen zu speichern. Exportieren Sie die Daten durch Auswahl des Export-Buttons; die Daten werden in eine Excel-Datei exportiert. Die Attributwerte für jede Frucht, der Durchschnitt und die Standardabweichung werden angezeigt.

Die Stapelverarbeitungsfunktion ermöglicht den Export von Attributwerten aus zwei oder mehr Bildern. Starten Sie die Stapelverarbeitung, indem Sie auf die Schaltfläche „Bild öffnen“ klicken. Wählen Sie die Bilder aus, die einer Stapelverarbeitung unterzogen werden sollen.

Mehrere Dateien werden ausgewählt, indem die Umschalt- oder Steuertaste gedrückt wird, während zusätzliche Dateien ausgewählt werden. Nachdem die Dateien ausgewählt wurden, klicken Sie auf die Schaltfläche „Öffnen“, um dann den Typ der Batch-Analyseausgabe auszuwählen: nur Durchschnitt, Durchschnitt und Standardabweichung oder Einzelmessungen pro Bild.

Wählen Sie einen Namen für die zu erstellende Excel-Datei und klicken Sie auf die Speichertaste. Die Software öffnet die Dateien automatisch und beginnt die Batch-Analyse. Falls die Bilddateien zuvor von ta analysiert und gespeichert wurden, werden die gespeicherten TMT-Dateien für die Batch-Analyse geöffnet.

Wenn die Dateien zuvor nicht analysiert wurden, führt die Software die Bildanalyse ohne manuelle Anpassungen und DES-Auswahlen durch. TA kann eine Batch-Analyse von mindestens 100 Bildern mit 600 DPI durchführen. Die Batch-Analyse kann auch für den Farbtest verwendet werden; bis zu 100 Fruchtbilder können je nach Hardware des Computers in einem Batch analysiert werden. Öffnen Sie die Farbtest-Option im Einstellungsmenü.

Überprüfen Sie die Chargenanalyse und klicken Sie auf „analysieren“. Ein neues Fenster erscheint, um die zu analysierenden Bilder auszuwählen. Geben Sie im nächsten Fenster den Namen und das Verzeichnis für die Datendatei an.

Klicken Sie auf Speichern, und die Batch-Analyse des Farbtests beginnt. Hier sind die Ergebnisse zur Form und Farbe für zwei Bilder, die die Variation bei Tomaten darstellen. Die Ausgabedateien beider Bilder befinden sich rechts und zeigen die Werte mehrerer Form- und Farbmerkmale für jede Frucht an.

Die Ergebnisse der Batch-Analyse werden in dieser Ausgabedatei angezeigt, die die durchschnittlichen Formwerte der Merkmale sowie die Standardabweichung für 10 Tomatensorten zeigt. Die Farbanalyse-Ausgabe der Batch-Analyse enthält Durchschnittswerte der Farbe für jede Frucht sowie weitere Parameter. Wir haben Ihnen soeben gezeigt, wie man Bilder von Tomatenfrüchten sammelt und sie mithilfe der am häufigsten verwendeten Funktionen im Tomato Analyzer analysiert.

Obwohl diese Software zur Analyse von Tomatenfrüchten entwickelt wurde, kann sie auch zur Analyse anderer Pflanzenorgane verwendet werden, einschließlich Blätter und Samen von Tomaten sowie anderen Pflanzenarten. Das war's. Vielen Dank fürs Mitmachen und viel Erfolg bei Ihrem Experiment.