Analyzer עגבניות: יישום תוכנה שימושיים כדי לאסוף נתונים מורפולוגיים Colorimetric מדויק ומפורט של דו ממדיים

לשימוש במנתח עגבניות. פירות העגבנייה מוכנים ונחתכים לצורך איסוף תמונות דיגיטליות. הפרי מונח על הסורק כאשר הצדדים החתוכים פונים כלפי מטה, ולאחר מכן נסרק כדי לקבל תמונת JPEG.

לאחר מכן, התמונות נסקרות ומנותחות בתוכנת האנלייזר לעגבניות. כל המדידות של צורת הפרי מחושבות על בסיס גבולות הפרי שזוהו על ידי התוכנה, בעוד שמודול בדיקת הצבע נועד לכמת את פרמטרי הצבע בתוך הגבולות. לבסוף, הנתונים מיוצאים לקובץ Excel במצב אצווה (batch mode) עבור יותר מ-100 תמונות בו-זמנית, או כתמונות בודדות.

שלום, אני Estevan Dena ואני חבר סגל במחלקה להורטיקולטורה ומדעי היבולים באוניברסיטת אוהיו סטייט. אני Matthew Robbins ממעבדת Francis במחלקה להורטיקולטורה ומדעי היבולים באוניברסיטת אוהיו סטייט. אני Gu Rodriguez מ-היום נדגים לכם פרוצדורה לאיסוף וניתוח נתוני צורה, גודל וצבע של פירות עגבנייה באמצעות tomato analyzer.

אנו משתמשים בנוהל זה כדי לחקור את המורפולוגיה והצבע של פירות עגבנייה, לכן בואו נתחיל. Tomato analyzer, המקוצר כ-TA, היא תוכנה המודדת 37 מאפיינים הקשורים לצורה דו-ממדית ויכולה גם ללכוד נתוני צבע ב-RGB ובמרחב הצבעים האוניברסלי L star, A star B star באופן חצי-אוטומטי וניתן לשחזור. כאן, TA משמשת עבור תמונות סרוקות של פירות עגבנייה.

כדי להתחיל בהליך זה, ודאו שהפרי נקי ויבש. אם הפרי בשרי, ודאו שאינו בשל מדי, שכן ריכוך עלול לגרום לעיוות הצורה בעת חיתוך הפרי. כדי למדוד עד כמה הפרי שטוח או מוארך, ועבור כל המאפיינים למעט אלה תחת קטגוריית חיתוך רוחבי, השתמשו בסכין משוננת או בלהב תער חד כדי לחתוך את הפרי לאורכו דרך המרכז, לצורך מדידת עובי ה-pericarp; ועבור כל המאפיינים תחת קטגוריית חיתוך רוחבי, וכן חלק מהמאפיינים תחת מדידה בסיסית ומורפולוגית, חתכו את הפרי לרוחבו.

ניתן להחיל את ניתוח הצבע על פירות שנסרתו לאורכה או לרוחבה, כמו גם על חתכים אחרים שנועדו להדגיש מאפיינים ספציפיים. לבסוף, ייבשו את החלק הפנימי של הפרי על ידי ספיגה עם נייר טישיו או נייר סופג. אם הפרי עסיסי מאוד, הפרי החתוך מוכן כעת לאיסוף תמונות.

לצורך ניתוח בעלות תפוקה גבוהה, חיוני לסרוק פירות מצמח אחד או מגנוטיפ אחד בלבד בכל פעם, ולסרוק פירות שנחתכו באופן אורכי או באופן רוחבי, אך לא שילוב של שניהם באותו סריקה. התחילו בהנחה זהירה ומדויקת של הפירות החתוכים על הסורק, כאשר הצד החתוך פונה כלפי מטה. הניחו את הפירות על הסורק קרוב זה לזה, אך ללא מגע ביניהם.

ככל שהאובייקטים יהיו מיושרים טוב יותר עם מינימום של חללים ריקים גדולים ביניהם, כך יידרש פחות כיוון ידני באמצעות תוכנת עיבוד תמונות כגון Adobe Photoshop. לפני ניתוח הפירות ב-ta, הניחו סרגל מעל הפירות כדי לוודא שנבחרה רזולוציית הסריקה הנכונה, דבר החשוב למדידה מדויקת של מאפייני הפרי. הניחו תווית מתחת לפירות כדי לוודא שהקובץ נקרא באופן נכון.

מאחר שתוכנת ה-TA משתמשת ברזולוציית התמונה כדי למדוד גודל באופן מדויק, בחירה נכונה של רזולוציית הסריקה היא חשובה; ככלל, עבור עצמים שגודלם בין סנטימטר אחד לשמונה, יש לסרוק ב-300 DPI. עבור עצמים הגדולים משמונה סנטימטרים, יש לסרוק ב-100 DPI, ועבור עצמים קטנים מאוד, כגון זרעים, יש לסרוק ב-750 DPI או יותר.

עבור ניתוח של סדרות דגימות שבהן גודל הפרי אינו משתנה במידה רבה בין צמחים שונים, בחרו הגדרה אחת של רזולוציית הסריקה עבור כל התמונות שייאספו לאותו ניסוי. כמו כן, הגדירו את גודל תמונת הפלט למספר הצבעים הגבוה ביותר הזמין בתוכנת הסורק. צרו רקע כהה עבור האובייקטים על ידי הנחת קופסת קרטון מעל למסך הסורק.

רקע שחור או כהה מאוד מונע השתקפויות של צללים המפריעים לאנליזה. רקע לבן יגרום לקריסת ה-TA, מאחר שהוא מותאם לשימוש ברקע כהה. השתקפויות אור ורקע עשויים להיות מזוהים גם על ידי סריקת התוכנה.

לאחר הסריקה הראשונית, תמונת הפרי נחתכה לפני השמירה כדי למנוע שטחים ריקים גדולים. אם התמונה לא נחתכה בשלב זה, יש לחתוך אותה באמצעות תוכנת עיבוד תמונה כגון Adobe Photoshop לפני הניתוח באמצעות ta. שמור את התמונה הסרוקה כקובץ JPEG לצורך ניתוח צבע, הכולל המרה של ערכי RGB לפרמטרים L star, A star ו-B star; כייל את הסורק באמצעות כלי בדיקה לצבע (color checker) שהוכן מראש.

במקרה זה נעשה שימוש בלוחית כיול צבעים מותאמת אישית המייצגת את טווח הצבעים בתמונות הרלוונטיות. ניתן להשתמש גם בלוחית כיול צבעים סטנדרטית. סרקו את לוחית כיול הצבעים במהלך סריקת הפירות.

שמרו את סריקת בדיקת הצבע (color checker) באותה תיקייה של סריקת תמונות הפירות. כיול הוא הכרחי מכיוון שסורקים עשויים להתרבד בדרך שבה הם לוכדים ומפרשים את הצבעים. כיול צבע RGB מאפשר את ההמרה למרחב צבע אוניברסלי כדי להמשיך לניתוח התמונות.

גרסה 2.200 של Tomato analyzer דורשת מערכת הפעלה Windows גרסה 2000 ומעלה, וניתן להורדה מהאתר שלנו. מדריך למשתמש ומדריך לבדיקת צבע זמינים גם הם מאותו אתר, כדי להבטיח שהתמונות המקוריות יישמרו באותה תיקייה שבה נשמרות התמונות המותאמות שנוצרו על ידי אפליקציית ה-TA. מקמו את התיקייה עם התמונות המקוריות בכונן הקשיח ולא בתיקיית My Documents או בשרת מרוחק.

הפעל את תוכנת ה-TA. ראשית, הגדר את ה-DPI ואת יחידות המדידה בתפריט ההגדרות על ידי בחירה ב-scanner DPI. הגדרת ה-DPI חייבת להיות זהה לקבצי התמונה כדי שמדידות הגודל יהיו מדויקות.

היחידות שבהן נעשה שימוש בתיבת הדיאלוג קובעות את היחידות של פלט הנתונים. באותה תיבת דיאלוג, התאימו את הבהירות במידת הצורך כאשר האובייקטים כהים יחסית. לאחר מכן, בחרו את המאפיינים למדידה מתוך תפריט ההגדרות על ידי בחירה ב-measurement saved.

המאפיינים מקובצים ב-10 קטגוריות, ממדידות בסיסיות ועד למורפומטריה. ניתן לבחור או לבטל את הבחירה של מאפיינים בודדים או של קבוצת מדידה שלמה על ידי לחיצה על הקבוצה או על המאפיין. ניתן להציג את כל המאפיינים של קבוצת מדידה על ידי לחיצה על סימן הפלוס.

המאפיינים שנבחרו מוצגים לפי קטגוריה בחלון בפינה הימנית התחתונה של המסך. לאחר הגדרת רזולוציית הקלט ויחידות הפלט ובחירת המאפיינים לניתוח, לחצו על כפתור פתיחת התמונה ובחרו את קובץ התמונה. התמונה שנבחרה תוצג בחלון השמאלי מתוך תיבת הדו-שיח הקופצת.

כדי לנתח את התמונה הפתוחה, לחצו על כפתור הניתוח (analyze). עם סיום הפעולה, היקפו של כל פרי יסומן בקו צהוב והנתונים יוצגו בחלון הנתונים בפינה הימנית התחתונה. שימו לב כי הנתונים עבור הצבע אינם מוצגים בחלון זה.

התוכנה מבטלת באופן אוטומטי את הבחירה של אובייקטים גדולים או קטנים מאוד, כגון סרגל או תווית. האובייקטים שבוטלה בחירתם מודגשים בקו כחול. השתמש בסרגל כדי לוודא שהיחידות והרזולוציה נבחרו כראוי.

על ידי השוואה למדידות הגובה והרוחב, ניתן להסיר פירות נוספים מהבחירה באמצעות לחיצה ימנית על תמונתם בלבד. פריטים המסומנים בקו צהוב מוצגים בחלון הנתונים, ופריטים המיוצאים המסומנים בקו כחול אינם נכללים בניתוחים. ניתן להציג אובייקטים בודדים בחלון העליון מימין על ידי לחיצה שמאלית עליהם עם העכבר.

הנתונים בחלון הנתונים התחתון מימין תואמים לאובייקט מסוים בתמונה ומוצגים באותו סדר כפי שהאובייקטים מופיעים בתמונה. השורה הראשונה מציגה את הערכים עבור האובייקט בפינה השמאלית העליונה, והשורה האחרונה מציגה את הערכים עבור האובייקט בפינה הימנית התחתונה של התמונה. בנוסף ללחיצה על פרי כדי להדגיש את שורת הנתונים התואמת, ניתן ללחוץ על שורה כדי להציג את הפרי התואם בחלון העליון מימין.

על ידי לחיצה על לשונית המאפיינים (attribute) בחלון הימני התחתון, ניתן לראות כיצד נמדד המאפיין עבור כל פרי ספציפי. לדוגמה, לחיצה על זווית הקצה הדיסטלי (distal end angle) תציג את הזוויות על הפרי בחלון השמאלי שיימדדו על ידי התוכנה. תכונה זו שימושית מאוד בעת זיהוי אובייקטים הדורשים התאמה ידנית.

לקבלת מדידות מדויקות יותר, לחיצה על הכפתור המעודכן מציגה את ההתאמות הידניות שניתן לבצע באפליקציה. להלן כמה מההתאמות הידניות הנפוצות ביותר. ראשית, לחצו לחיצה שמאלית על אובייקט בתמונת החלון השמאלי אם הוא דורש התאמה ידנית.

אם יש צורך בתיקון הגבול, תקנו מאפיין זה תחילה על ידי בחירה בגבול. מתוך התפריט הנפתח של כפתור העריכה, בחרו את מיקום הגבול לשינוי באמצעות לחיצה שמאלית על נקודת ההתחלה ונקודת הסיום של הגבול השגוי. כתוצאה מכך, הגבול שהוגדר יוסר.

כדי להוסיף גבול חדש, לחצו לחיצה שמאלית מנקודת ההתחלה לכיוון נקודת הסיום, והמשיכו ללחוץ כדי לעקוב אחר המתאר הרצוי. כדי לאשר את הגבול החדש, לחצו על מקש enter. לחלופין, לחצו על מקש escape כדי לבטל פעולה זו.

אובייקטים הדורשים סיבוב יצטרכו להיכוונן לאחר הגדרת הגבול, אך לפני שאר ההתאמות הידניות; לחצו על הפרי המתאים בחלון השמאלי. לחצו על החץ שליד כפתור ה-revised ובחרו rotate מרשימת הבחירה, והציר יוצג בחלון הימני העליון. גררו את הריבוע הירוק בקצה הציר והפרי יסתובב בהתאם.

לחצו על מקש enter כדי לסיים כיוון זה. ניתן לבצע כיוונים ידניים נוספים. ההוראות מופיעות בפרוטוקול הכתוב המצורף.

עבור מאפיינים מסוימים, כגון זוויות וריבועיות (blockiness), בחרו את ההגדרות שבהן יש לבצע את המדידה. ניתן לחשב את הזוויות במיקומים שונים מקצות הפרי. הגדרות אלו ניתנות לבחירה תחת תפריט ההגדרות.

הקוביותיות (Blockiness) מחושבת כיחס בין הרוחב בחלק מהגובה שנבחר על ידי המשתמש, הקרוב לקצה הדיסטלי או הפרוקסימלי של הפרי, לבין הרוחב המרכזי. עבור בדיקת הצבע, יש לכייל את הסורק. ראשית, פתח את תמונת בדיקת הצבעים הסרוקה ונתח אותה באותה הדרך שהודגמה עבור הפרי.

כדי לאסוף את ערכי L star, A star ו-B star, ודאו ש-TA מזהה כל פסיפס כאובייקט לניתוח המסומן על ידי הגבול הצהוב. בשימוש בלוח בדיקת צבעים סטנדרטי, ייתכן שהתוכנה לא תצליח לזהות את הפסים הכהים יותר. צבעים אלו לא ייכללו בכיול.

ניתן לשפר את זיהוי הנתיב (swath) על ידי שינוי הבהירות תחת הגדרת ה-DPI של הסורק בתפריט ההגדרות. לאחר מכן, בתפריט ההגדרות, בחר בבדיקת צבע (color test) לצורך כיול. יש להשתמש בהגדרות ברירת המחדל כאשר מופיעה תיבת הדו-שיח.

וודאו שערכי התיקון מוגדרים כ-one עבור השיפוע בתיבות השמאליות ו-zero עבור נקודת החיתוך עם ציר ה-y בתיבות הימניות. יש להגדיר את ערך הכחול המינימלי כ-zero, וניתן להתעלם מפרמטרים one ו-two. כעת לחצו על כפתור ה-analyze בתוך תיבת הדו-שיח של בדיקת הצבע.

חלון חדש מופיע לשמירת הפלט במסמך Excel. הגדירו את השם ואת הספריה עבור קובץ הנתונים. קובץ הנתונים של הפלט יכיל את ערכי ה-RGB, ערכי ASTAR B של הכוכב וחישובים עבור HU וכרומטיות.

עבור כל ריבוע צבע, שרטט את ערכי L*, a*, b* של ריבוע הצבע מול ערכי הצבע של L*, a* ו-b*, הזמינים מהיצרן של בודק הצבעים (color checker) או בפרוטוקול הכתוב הנלווה. קבע את משוואת הרגרסיה ורשום את השיפוע ואת נקודת החיתוך עם ציר ה-y עבור כל פרמטר. בתיבת הדו-שיח של בדיקת הצבע, הזן את ההופכי של השיפוע ואת הסימן ההפוך של ערך נקודת החיתוך עם ציר ה-y.

עבור L star, A star ו-B star, ערכים אלה ישמשו כערכי תיקון עבור הגדרות מבחן הצבע. בתיבת דו-שיח זו, הגדירו את ערך הכחול המינימלי ל-30 עבור פרי עגבנייה.

אם הפירות קטנים משלושה סנטימטרים, הגדירו את ערך הכחול המינימלי ל-20. ייתכן שיהיה צורך להתאים ערך זה אם ל-TA יש קושי במציאת הגבולות הנכונים או במקרה של ניתוח עצמים שאינם פירות עגבנייה. בדיקת הצבע מאפשרת למשתמש להגדיר שני פרמטרים המדווחים על אחוז הפיקסלים הנופלים לטווחים מוגדרים.

מספר ערכים לניתוח עגבניות קובעים את הערכים התחתון והעליון עבור פרמטר 1 ב-70 וב-100 בהתאמה, אשר תואמים לצבעי צהוב וירוק שאינם רצויים. צבע בשר צהוב. קבעו את הערכים התחתון והעליון עבור פרמטר 2 ב-0 וב-50 בהתאמה.

אלו תואמים לצבע האדום הרצוי. שמור את ההגדרות עבור ערכים אלו. ערכים אלו יחולו לאחר מכן על כל התמונות שינותחו עד לסגירת התוכנה.

עבור תמונות סרוקות, בחרו באפשרות Illuminate C two degree ולא באפשרות Illuminate D 65 10 degree, המיועדת רק לתמונות שנרכשו באור טבעי לאחר כיול. נתוחו את תמונות הפרי לצורך מדידת צבע לאחר ביצוע התאמות ידניות של התמונה וניתוח תמונה על ידי TA, כפי שפורט בפרוטוקול הכתוב המצורף. לחצו על כפתור save fruit.

כל המידע הנוכחי, כולל התאמות ידניות ואובייקטים שבוטלו, נשמר בקובץ חדש בעל שם זהה לשם של התמונה המקורית, אך עם סיומת TMT. כדי לחזור לקובץ התמונה המקורית ללא ההתאמות, פשוט מחקו את קובץ ה-TMT המשויך. לחלופין, בחרו באפשרות analyze ובצעו ניתוח מחדש של התמונה המקורית.

עם זאת, שימו לב שכל קובץ TMT בעל שם זהה לתמונה שנסרקה יישאר מקושר לתמונה המקורית, אלא אם כן יבצעו דריסה כדי לשמור שינויים. ייצאו את הנתונים על ידי לחיצה על כפתור הייצוא; הנתונים ייוצאו לקובץ Excel. יוצגו ערכי המאפיינים עבור כל פרי, הממוצע וסטיית התקן.

פונקציית ניתוח הסדרים (batch analysis) מאפשרת ייצוא של ערכי תכונות משתי תמונות או יותר. הפעילו את ניתוח הסדרים על ידי לחיצה על כפתור פתיחת התמונה. בחרו את קובצי התמונה המיועדים לניתוח הסדרים.

קבצים מרובים נבחרים באמצעות מקש ה-shift או ה-control תוך כדי בחירת קבצים נוספים. לאחר בחירת הקבצים, לוחצים על מקש הפתיחה (open), ואז ניתן לבחור את סוג פלט ניתוח האצווה: ממוצע בלבד, ממוצע וסטיית תקן, או מדידות בודדות לכל תמונה.

בחרו שם לקובץ ה-Excel שיווצר ולחצו על מקש השמירה. התוכנה פותחת את הקבצים באופן אוטומטי ומתחילה את ניתוח האצווה. אם קובצי התמונה נותחו ונשמרו בעבר על ידי ta, קובצי ה-TMT השמורים ייפתחו לצורך ניתוח האצווה.

אם הקבצים לא נותחו בעבר, התוכנה מבצעת את ניתוח התמונות ללא התאמות ידניות ובחירות DES; ה-TA יכול לבצע ניתוח אצוות של לפחות 100 תמונות ברזולוציה של 600 DPI. ניתן להשתמש בניתוח אצוות גם עבור בדיקת הצבע, כאשר ניתן לנתח באצוות עד 100 תמונות של פירות, בהתאם לחומרת המחשב. פתחו את אפשרות בדיקת הצבע בתפריט ההגדרות.

סמנו את "batch analysis" (ניתוח אצוות) ולחצו על "analyze" (נתח). ייפתח חלון חדש לבחירת התמונות לניתוח. בחלון הבא, הגדירו את השם ואת הסבייה עבור קובץ הנתונים.

לחצו על שמירה (save) וניתוח האצווה של בדיקת הצבע יתחיל. להלן תוצאות הצורה והצבע עבור שתי תמונות המייצגות שונות בעגבניות. קובצי הפלט של שתי התמונות מופיעים מימין ומציגים את הערכים של מספר מאפייני צורה וצבע עבור כל פרי.

תוצאות ניתוח הסדרות מוצגות בקובץ פלט זה, המראה את ערכי הממוצע של מאפייני הצורה ואת סטיית התקן עבור 10 זני עגבניות. פלט ניתוח הצבע של ניתוח הסדרות מכיל ערכי צבע ממוצעים עבור כל פרי, וכן פרמטרים נוספים. כעת הדגמנו כיצד לאסוף תמונות של פירות עגבנייה ולנתח אותן באמצעות המאפיינים הנפוצים ביותר הזמינים ב-tomato analyzer.

למרות שתוכנה זו פותחה כדי לנתח פירות עגבנייה, ניתן להשתמש בה גם לניתוח איברי צמחים אחרים, כולל עלים וזרעים, וכן עבור עגבנייה ומיני צמחים אחרים. זהו כל הדבר. תודה לצפייה ובהצלחה בניסוי שלכם.