トマトアナライザ：2次元オブジェクトからの正確で詳細な形態学的および測色データを収集するために有用なソフトウェアアプリケーション

トマトアナライザーの使用方法について。トマトの果実を準備し、デジタル画像を収集するために切断します。果実を切断面を下にしてスキャナーに置き、スキャンしてJPEG画像を取得します。

次に、トマトアナライザーソフトウェアを用いて画像の閲覧と解析を行います。果実の形状に関するすべての測定値は、ソフトウェアによって認識された果実の境界線に基づいて算出されます。一方、カラーテストモジュールは、境界線内部の色パラメータを定量化するように設計されています。最後に、データはバッチモードを用いて100枚以上の画像を一度に、あるいは個別の画像としてExcelファイルに書き出します。

こんにちは、オハイオ州立大学園芸・作物科学科のEstevan Denaです。オハイオ州立大学園芸・作物科学科、Francis研究室のMatthew Robbinsです。Gu Rodriguezです。本日は、トマトアナライザーを用いて、トマト果実の形状、サイズ、および色のデータを収集・分析する手順について解説します。

本手順を用いて、トマト果実の形態と色を調査します。それでは始めていきましょう。Tomato analyzer（略称：TA）は、2次元の形状に関連する37の属性を測定し、RGBおよびL*a*b*ユニバーサル色空間における色データも半自動かつ再現可能な方法で取得できるソフトウェアプログラムです。ここでは、TAを用いてトマト果実のスキャン画像を解析します。

本手順を開始する前に、果実が清潔で乾燥していることを確認してください。果肉のある果実の場合、果実の切断時に軟化による形状の変形が起こる可能性があるため、熟しすぎないようにしてください。果実の扁平度または長楕円度を測定する場合、および「経方向断面」カテゴリー以外のすべての属性については、鋸歯状のナイフまたは新しいカミソリを使用して果実を縦方向に中心から切断し、果皮の厚さを測定します。「経方向断面」カテゴリーのすべての属性、および「基本測定」と「形態」の一部の属性については、果実を横方向に切断します。

色分析は、縦断的または横断的に切断した果実に加え、特定のt特徴を強調するために設計されたその他の切断面にも適用できます。最後に、ティッシュやペーパータオルで吸い取り、果実の内部を乾燥させます。果汁が非常に多い場合、これで切断した果実の画像収集が可能な状態になります。

ハイスループット解析を行うには、一度に1つの個体または遺伝子型の果実のみをスキャンし、縦断切片か横断切片のいずれか一方のみをスキャンすることが不可欠であり、同一のスキャン内で両方を混在させてはいけません。まず、カットした果実の切断面を下にして、慎重かつ正確にスキャナーに配置します。果実は互いに近づけて配置しますが、接触させないようにしてください。

オブジェクトが適切に配置され、大きな空白が最小限に抑えられているほど、Adobe Photoshopなどの画像編集ソフトによる手動調整の必要性が少なくなります。果実の解析を行う前に、定規を果実の上に配置して、正しいスキャン解像度が選択されているかを確認してください。これは、果実の属性を正確に測定するために不可欠です。また、ファイルの名前が正しく付けられているかを確認するため、果実の下にラベルを配置してください。

TAソフトウェアは画像の解像度を用いてサイズを正確に測定するため、1〜8 cmの物体については適切なスキャン解像度を選択することが原則として重要です。8 cmより大きい物体は300 DPIでスキャンしてください。また、それ以下のサイズは100 DPIで、種子などの非常に小さな物体については750 DPI以上でスキャンしてください。

異なる個体間で果実のサイズに大きな変動がないバッチ分析では、同一の実験で収集するすべての画像に対して、1つのスキャナー解像度設定を選択してください。また、出力画像サイズを、スキャナーソフトウェアで利用可能な最大の色数に設定します。スキャナーの画面の上または上に段ボール箱を置くことで、対象物の背景を暗くしてください。

黒または非常に暗い背景を使用することで、解析の妨げとなる影を防ぐことができます。白い背景を使用すると、TAは暗い背景の使用に最適化されているため、クラッシュの原因となります。また、光の反射や背景がソフトウェアのスキャンによって認識される場合があります。

初期スキャン後の果実は、大きな空白領域を避けるため、保存前に画像をクロップしました。この段階でクロップされていない場合は、taによる解析の前に、Adobe Photoshopなどの画像編集ソフトを用いてクロップする必要があります。スキャンした画像はJPEGファイルとして保存し、RGB値をL*、a*、b*パラメータに変換するカラー解析を行います。スキャナーの校正には、あらかじめ用意したカラーチェッカーを使用してください。

ここでは、対象となる画像のカラーレンジを代表するカスタムカラーチェッカーを使用しています。標準的なカラーチェッカーを使用することも可能です。果物のスキャン時に、カラーチェッカーもあわせてスキャンしてください。

カラーチェッカーのスキャンデータを、果物の画像スキャンデータと同じフォルダに保存します。スキャナーによってキャプチャおよび解釈の方法が異なる可能性があるため、校正が必要です。RGBカラー校正を行うことで、ユニバーサルカラースペースへの変換が可能になり、画像解析へと進むことができます。

Tomato analyzerバージョン2.200を使用するには、Windows 2000以降のオペレーティングシステムが必要であり、弊社ウェブサイトからダウンロード可能です。また、同ウェブサイトからユーザーマニュアルとカラーテストマニュアルも入手できます。これらを参照し、元の画像がTAアプリケーションによって生成された調整済み画像と同じフォルダーに保存されるようにしてください。元の画像が入ったフォルダーは、マイドキュメントフォルダーやリモートサーバーではなく、ハードドライブ上に配置してください。

TAプログラムを起動します。まず、設定メニューの「scanner DPI」を選択し、DPIと測定単位を設定します。サイズ測定の精度を確保するため、DPI設定は画像ファイルの設定と一致させる必要があります。

ダイアログボックスで使用される単位によって、データ出力の単位が決定されます。同じダイアログボックス内で、対象物が比較的暗い場合は、必要に応じて明るさを調整してください。次に、設定メニューから「measurement saved」を選択し、測定する属性を選択します。

属性は、基本測定から形態測定まで10のカテゴリーに分類されています。グループまたは属性をクリックすることで、個々の属性または測定グループ全体を選択または解除できます。プラス記号をクリックすると、測定グループのすべての属性を表示できます。

選択した属性は、画面右下のウィンドウにカテゴリー別に表示されます。入力解像度と出力単位を設定し、解析する属性を選択した後、画像の読み込みボタンをクリックして画像ファイルを選択してください。ポップアップダイアログボックスから、選択した画像が左側のウィンドウに表示されます。

開いた画像を解析するには、解析ボタンをクリックしてください。完了すると、各果実の外周が黄色の線で強調表示され、データが右下のデータウィンドウに表示されます。なお、色のデータはこのウィンドウには表示されないことに注意してください。

ソフトウェアによって、定規やラベルなどの極端に大きい、または小さいオブジェクトは自動的に選択解除されます。選択解除されたオブジェクトは青い線で強調表示されます。定規を使用して、単位と解像度が正しく選択されているかを確認してください。

高さと幅の測定値と比較して、画像上を右クリックすることで、さらに不要な果実を選択解除できます。黄色で囲まれた項目はデータウィンドウに表示され、青色で囲まれたエクスポート項目は解析に含まれません。個々のオブジェクトは、マウスで左クリックすることで右上のウィンドウに表示できます。

右下のデータウィンドウにあるデータは、画像内の特定のオブジェクトに対応しており、画像内のオブジェクトと同じ順序で表示されています。最初の行は左上隅のオブジェクトの値を表示し、最後のデータ行は画像の右下隅のオブジェクトの値を表示します。果物をクリックして対応するデータ行をハイライトさせるだけでなく、行をクリックして、右上のウィンドウに対応する果物を表示させることも可能です。

右下のウィンドウにある属性（attribute）タブをクリックすると、個々の果実に対してその属性がどのように測定されているかを確認できます。例えば、「distal end angle（遠位端角度）」をクリックすると、左側のウィンドウに表示されている果実において、ソフトウェアによって測定される角度が表示されます。この機能は、手動での調整が必要なオブジェクトを特定する際に非常に便利です。

より正確な測定を行うため、「修正（revised）」ボタンをクリックすると、アプリケーションで行うことができる手動調整が表示されます。以下に、特によく使用される手動調整をいくつか示します。まず、手動調整が必要なオブジェクトを左側のウィンドウ画像内で左クリックしてください。

境界の調整が必要な場合は、まずこの機能を調整して境界を選択します。修正ボタンのドロップダウンメニューから、誤った境界の始点と終点を左クリックして、修正する境界の位置を選択してください。これにより、指定された境界が削除されます。

新しい境界線を追加するには、始点から終点に向かって左クリックし、目的の輪郭に沿ってクリックを続けます。新しい境界線を確定するには、Enterキーを押してください。操作をキャンセルする場合は、Escapeキーを押してください。

回転が必要なオブジェクトは、境界の設定後、かつ残りの手動調整を行う前に調整する必要があります。まず、左側のウィンドウで該当する果物を選んでクリックします。「revised」ボタンの横にある矢印をクリックし、ドロップダウンリストから「rotate」を選択すると、右上ウィンドウに軸が表示されます。軸の端にある緑色の正方形をドラッグすると、それに合わせて果物が回転します。

Enterキーを押して、この調整を完了してください。その他の手動調整も可能です。詳細は、付属の書面プロトコルをご参照ください。

角度やブロック感（blockiness）などの一部の属性については、測定を行う設定を選択してください。角度は、果実の端からさまざまな位置で算出することが可能です。これらの設定は、設定メニューから選択できます。

ブロック性は、果実の遠位端または近位端に最も近い、ユーザーが選択した高さの割合における幅と、中央部の幅との比率として算出されます。色試験を行うには、スキャナーの校正が必要です。まず、スキャンしたカラーチェッカーの画像を開き、果実で行ったのと同様の方法で分析してください。

L*、a*、b*値を収集するために、TAが黄色い境界線で示される各パッチを分析対象のオブジェクトとして認識していることを確認してください。標準的なカラーチェッカーを使用する場合、ソフトウェアが暗い色の領域を認識できないことがあります。これらの色はキャリブレーションに含まれません。

設定メニューのスキャナーDPIにある明るさを変更することで、スワス認識を改善できます。次に、設定メニューからキャリブレーション用のカラーテストを選択します。ダイアログボックスが表示された際は、デフォルト設定を使用してください。

左側のボックスの傾き（slope）の補正値を1に、右側のボックスのy切片（y intercept）の補正値を0に設定してください。最小青値（Minimum blue value）は0に設定し、パラメータ1および2は無視して構いません。次に、カラーテストダイアログボックス内の分析（analyze）ボタンをクリックします。

出力をExcelドキュメントに保存するための新しいウィンドウが表示されます。データファイルの名前とディレクトリを指定してください。出力データファイルには、RGB値、star ASTAR B値、およびHUと彩度の計算結果が含まれます。

各カラーパッチについて、L*、a*、b*の値を、カラーチェッカーの製造元または付属の書面プロトコルで提供されているL*、a*、b*の基準値に対してプロットします。回帰方程式を決定し、各パラメータの傾きとy切片を記録してください。カラーテストのダイアログボックスに、傾きの逆数と、y切片の値の符号を反転させた値を入力します。

L*、a*、b*については、これらの値を補正値として使用します。カラーテストの設定において、このダイアログボックスでトマトの果実の最小青色値を30に設定してください。

果実の大きさが3 cm未満の場合は、青色の最小値を20に設定します。TAが正確な境界線を検出できない場合や、トマト以外の物体を分析する場合は、この値を調整する必要があるかもしれません。また、カラーテストでは、指定した範囲に収まるピクセルの割合を報告する2つのパラメータをユーザーが定義することも可能です。

トマトの分析におけるいくつかの値として、パラメータ1の下限値と上限値をそれぞれ70と100に設定します。これは、好ましくない黄色および緑色に対応しています。果肉が黄色い状態です。パラメータ2の下限値と上限値をそれぞれ0と50に設定します。

これらは目的とする赤色に対応しています。これらの値の設定を保存してください。保存された値は、プログラムを閉じるまで解析されるすべての画像に適用されます。

スキャン画像については、「Illuminate C two degree」オプションを選択してください。「Illuminate D 65 10 degree」オプションは、校正後に自然光で取得した画像にのみ適用されるため、選択しないでください。付属の書面プロトコルに詳述されている画像の手動調整およびTAによる画像解析後、果実画像の色を分析します。「save fruit」ボタンをクリックしてください。

手動調整や選択解除されたオブジェクトを含むすべての現在の情報は、元の画像と同じ名前で、拡張子をTMTとした新しいファイルに保存されます。調整を加える前の元の画像ファイルに戻すには、関連するTMTファイルを削除してください。または、「analyze」を選択して元の画像を再解析してください。

ただし、スキャンした画像と同じ名前のTMTファイルは、変更を保存するために上書きしない限り、元の画像に関連付けられたままとなることに注意してください。エクスポートボタンを選択してデータをエクスポートすると、データがExcelファイルに出力されます。各果実の属性値、平均値、および標準偏差が表示されます。

バッチ解析機能を使用すると、2枚以上の画像から属性値をエクスポートできます。開いた画像ボタンをクリックして、バッチ解析を開始してください。バッチ解析を行う画像ファイルを選択します。

ShiftキーまたはControlキーを押しながら他のファイルを選択することで、複数のファイルを選択できます。ファイルを選択した後、「開く」キーをクリックし、バッチ解析出力の形式として、「平均のみ」、「平均と標準偏差」、または「画像ごとの個別測定値」のいずれかを選択します。

作成するExcelファイルの名前を選択し、保存キーをクリックします。ソフトウェアが自動的にファイルを開き、バッチ解析を開始します。画像ファイルが以前にtaによって解析および保存されている場合は、保存済みのTMTファイルがバッチ解析のために開かれます。

ファイルが以前に解析されていない場合、ソフトウェアは手動調整やDES選択を行うことなく画像の解析を実行します。TAは、600 DPIで少なくとも100枚の画像のバッチ解析を行うことができます。バッチ解析はカラーテストにも利用可能で、コンピュータのハードウェア性能に応じて、最大100枚の果実画像をバッチで解析できます。設定メニューからカラーテストオプションを開いてください。

バッチ解析をチェックし、analyzeをクリックします。解析する画像を選択するための新しいウィンドウが表示されます。次のウィンドウで、データファイルのファイル名と保存先ディレクトリを指定してください。

「保存」をクリックすると、色テストの一括解析が始まります。ここでは、トマトの個体差を示す2枚の画像について、形状と色の結果を示します。右側には両方の画像の出力ファイルが表示されており、それぞれの果実の形状および色の属性値が示されています。

バッチ解析の結果はこの出力ファイルに表示され、10種類のトマト品種における属性形状値の平均値と標準偏差が示されています。バッチ解析のカラー解析出力には、各果実の平均色値およびその他のパラメータが含まれています。以上で、トマト果実の画像を収集し、Tomato Analyzerで利用可能な最も一般的な機能を用いて解析する方法について説明しました。

このソフトウェアはトマトの果実を分析するために開発されましたが、葉や種子などの他の植物器官や、トマト以外の植物種を分析するために使用することも可能です。以上となります。ご視聴ありがとうございました。皆様の実験の成功をお祈りいたします。