토마토 분석기 : 2 차원 객체에서 정확하고 상세 형태학의와 Colorimetric 데이터를 수집하는 유용한 소프트웨어 응용 프로그램

토마토 분석기 사용법입니다. 토마토 열매를 준비하고 절단하여 디지털 이미지를 수집합니다. 열매의 절단면이 아래로 향하도록 스캐너 위에 놓고 스캔하여 JPEG 이미지를 얻습니다.

다음으로, 토마토 분석 소프트웨어를 통해 이미지를 확인하고 분석합니다. 모든 과실 모양 측정값은 소프트웨어에서 인식한 과실 경계를 기준으로 계산되며, 색상 테스트 모듈은 경계 내부의 색상 파라미터를 정량화하도록 설계되었습니다. 마지막으로, 데이터를 100장 이상의 이미지를 한 번에 처리하는 일괄 모드 또는 개별 이미지 단위로 엑셀 파일에 내보냅니다.

안녕하세요, 저는 오하이오 주립대학교 원예 및 작물 과학과의 Estevan Dena입니다. 저는 오하이오 주립대학교 원예 및 작물 과학과 Francis Lab의 Matthew Robbins입니다. 저는 Gu Rodriguez입니다. 오늘은 토마토 분석기를 사용하여 토마토 열매의 모양, 크기 및 색상 데이터를 수집하고 분석하는 절차를 보여드리겠습니다.

본 절차를 통해 토마토 열매의 형태와 색상을 연구하겠습니다. 이제 시작하겠습니다. TA로 약칭되는 Tomato analyzer는 2차원 모양과 관련된 37가지 속성을 측정하는 소프트웨어 프로그램으로, RGB 및 L*, a*, b* 범용 색 공간의 색상 데이터를 반자동적이고 재현 가능한 방식으로 캡처할 수 있습니다. 여기서는 토마토 열매의 스캔 이미지에 TA를 사용합니다.

이 절차를 시작하기 전에 과일이 깨끗하고 건조한지 확인하십시오. 과육이 많은 과일의 경우, 너무 익지 않았는지 확인하십시오. 과육이 무르면 과일을 절단할 때 형태 변형이 일어날 수 있기 때문입니다. 과일이 얼마나 납작하거나 길쭉한지를 측정하기 위해, 그리고 위도 단면(latitudinal section) 범주에 속하지 않는 모든 속성을 측정하기 위해, 톱니 칼이나 새 면도날을 사용하여 과일의 중심을 따라 종단면으로 절단하여 과피(peri carp)의 두께를 측정하십시오. 위도 단면 범주에 속하는 모든 속성과 기본 측정 및 형태(basic measurement and morph) 범주 중 일부 속성을 측정하기 위해서는 과일을 횡단면으로 절단하십시오.

색상 분석은 종단 또는 횡단으로 절단한 과일뿐만 아니라 특정 특징을 강조하기 위해 고안된 다른 단면에도 적용할 수 있습니다. 마지막으로, 티슈나 종이 타월로 톡톡 두드려 과일의 내부 부분을 건조시킵니다. 과일의 즙이 매우 많은 경우, 이제 절단된 과일을 이미지 수집에 사용할 준비가 된 것입니다.

고처리량 분석을 위해서는 한 번에 한 개체 또는 하나의 유전자형에서 얻은 과실만 스캔해야 하며, 종단면 또는 횡단면으로 절단된 과실을 스캔하되 동일한 스캔 내에 두 가지 절단 방식이 섞이지 않도록 하는 것이 필수적입니다. 먼저 절단된 과실의 절단면이 아래로 향하도록 스캐너 위에 조심스럽고 정확하게 배치하십시오. 과실들은 서로 닿지 않게 하되 가깝게 배치하십시오.

물체들이 서로 큰 빈 공간 없이 잘 정렬될수록, Adobe Photoshop과 같은 이미지 소프트웨어를 이용한 수동 조정 작업이 줄어듭니다. 과일을 분석하기 전에, 과일 위에 자를 배치하여 정확한 스캔 해상도가 선택되었는지 확인하십시오. 이는 과일의 속성을 정확하게 측정하는 데 매우 중요합니다. 파일 이름이 정확하게 지정되었는지 확인하기 위해 과일 아래에 라벨을 배치하십시오.

TA 소프트웨어는 크기를 정확하게 측정하기 위해 이미지 해상도를 사용하므로, 일반적으로 1~8cm 사이의 객체에 대해 적절한 스캔 해상도를 선택하는 것이 중요합니다. 8cm보다 큰 객체는 300 DPI로 스캔하십시오. 100 DPI로 스캔하고, 씨앗과 같이 매우 작은 객체는 750 DPI 이상으로 스캔하십시오.

식물 간에 과실 크기의 변동성이 크지 않은 배치 분석(batch analysis)의 경우, 동일한 실험에서 수집할 모든 이미지에 대해 하나의 스캐너 해상도 설정을 선택하십시오. 또한, 스캐너 소프트웨어에서 제공하는 가장 높은 색상 수로 출력 이미지 크기를 설정하십시오. 스캐너 화면 위나 주변에 판지 상자를 배치하여 대상물에 대한 어두운 배경을 조성하십시오.

검은색 또는 매우 어두운 배경을 사용하면 분석을 방해하는 그림자가 생기는 것을 방지할 수 있습니다. 흰색 배경은 TA가 어두운 배경 사용에 최적화되어 있기 때문에 시스템 충돌을 유발합니다. 빛 반사와 배경 또한 소프트웨어 스캔에 의해 인식될 수 있습니다.

초기 스캔 후, 큰 빈 공간을 피하기 위해 이미지를 저장하기 전 크롭하였습니다. 이 단계에서 이미지를 크롭하지 않은 경우, ta로 분석하기 전에 Adobe Photoshop과 같은 이미징 소프트웨어를 사용하여 반드시 크롭해야 합니다. 스캔한 이미지를 JPEG 파일로 저장하여 색상 분석을 진행하며, 여기에는 RGB 값을 L*, a*, b* 파라미터로 변환하는 과정이 포함됩니다. 이전에 준비된 컬러 체커를 사용하여 스캐너를 보정하십시오.

여기서는 관심 대상 이미지의 색상 범위를 나타내는 맞춤형 컬러 체커가 사용되었습니다. 표준 컬러 체커 또한 사용할 수 있습니다. 과일을 스캔하는 동안 컬러 체커를 함께 스캔하십시오.

컬러 체커 스캔 파일을 과일 이미지 스캔 파일과 동일한 폴더에 저장하십시오. 스캐너마다 캡처 및 해석 방식이 다를 수 있으므로 보정이 필요합니다. RGB 색상 보정을 통해 보편적인 색 공간으로 변환한 후 이미지 분석을 진행할 수 있습니다.

Tomato analyzer 버전 2.200은 Windows 운영 체제 버전 2000 이상이 필요하며 당사 웹사이트에서 다운로드할 수 있습니다. 사용자 매뉴얼과 색상 테스트 매뉴얼 또한 동일한 웹사이트에서 제공되며, 이를 통해 원본 이미지가 TA 애플리케이션으로 생성된 조정 이미지와 동일한 폴더에 저장되도록 확인하십시오. 원본 이미지가 포함된 폴더는 내 문서 폴더나 원격 서버가 아닌 하드 드라이브에 배치하십시오.

TA 프로그램을 실행하십시오. 먼저 설정 메뉴에서 스캐너 DPI를 선택하여 DPI와 측정 단위를 설정하십시오. 크기 측정의 정확성을 위해 DPI 설정은 이미지 파일과 동일해야 합니다.

대화 상자에서 사용한 단위는 데이터 출력 단위가 됩니다. 동일한 대화 상자에서 객체가 상대적으로 어두운 경우 필요에 따라 밝기를 조정하십시오. 다음으로, 설정 메뉴에서 measurement saved를 선택하여 측정할 속성을 선택하십시오.

속성들은 기본 측정부터 형태 측정까지 10가지 범주로 그룹화되어 있습니다. 그룹이나 속성을 클릭하여 개별 속성 또는 측정 그룹 전체를 선택하거나 선택 해제할 수 있습니다. 플러스 기호를 클릭하면 측정 그룹의 모든 속성을 표시할 수 있습니다.

선택한 속성들은 화면 우측 하단 창에 카테고리별로 표시됩니다. 입력 해상도와 출력 단위를 설정하고 분석할 속성들을 선택한 후, 이미지 열기 버튼을 클릭하여 이미지 파일을 선택하십시오. 팝업 대화 상자에서 선택한 이미지가 왼쪽 창에 표시됩니다.

열린 이미지를 분석하려면 분석 버튼을 클릭하십시오. 분석이 완료되면 각 과일의 둘레가 노란색 선으로 강조 표시되며 데이터가 우측 하단의 데이터 창에 표시됩니다. 색상 데이터는 이 창에 표시되지 않음에 유의하십시오.

소프트웨어는 자 또는 레이블과 같이 매우 크거나 작은 객체를 자동으로 선택 해제합니다. 선택 해제된 객체는 파란색 선으로 강조 표시됩니다. 자를 사용하여 단위와 해상도가 올바르게 선택되었는지 확인하십시오.

높이와 너비 측정값과 비교하여, 이미지 위에서 마우스 오른쪽 버튼을 클릭함으로써 추가적인 과일을 선택 해제할 수 있습니다. 노란색으로 테두리가 표시된 항목은 데이터 창에 표시되며, 파란색으로 테두리가 표시된 내보내기 항목은 분석에 포함되지 않습니다. 개별 객체는 마우스 왼쪽 버튼으로 클릭하여 오른쪽 상단 창에 표시할 수 있습니다.

우측 하단 데이터 창의 데이터는 이미지 속의 특정 객체에 해당하며, 이미지 내 객체와 동일한 순서로 표시됩니다. 첫 번째 행은 좌측 상단 모서리에 있는 객체의 값을 나타내며, 마지막 데이터 행은 이미지의 우측 하단 모서리에 있는 객체의 값을 나타냅니다. 과일을 클릭하여 해당 데이터 행을 강조 표시하는 것 외에도, 특정 행을 클릭하여 우측 상단 창에서 해당 과일을 표시할 수 있습니다.

우측 하단 창의 속성(attribute) 탭을 클릭하면, 각 과일의 속성이 어떻게 측정되고 있는지 확인할 수 있습니다. 예를 들어, 원위단 각도(distal end angle)를 클릭하면 좌측 창에 있는 과일에서 소프트웨어가 측정할 각도가 표시됩니다. 이 기능은 수동 조정이 필요한 객체를 식별할 때 매우 유용합니다.

더욱 정확한 측정을 위해, 수정(revised) 버튼을 클릭하면 애플리케이션에서 수행할 수 있는 수동 조정 항목들이 나타납니다. 다음은 가장 자주 사용되는 수동 조정 방법들입니다. 먼저, 수동 조정이 필요한 왼쪽 창 이미지 내의 객체를 마우스 왼쪽 버튼으로 클릭하십시오.

경계 조정이 필요한 경우, 먼저 이 기능을 사용하여 경계를 선택하십시오. 수정 버튼의 드롭다운 메뉴에서 잘못된 경계의 시작점과 끝점을 왼쪽 클릭하여 수정할 경계 위치를 선택하십시오. 그러면 설정된 경계가 제거됩니다.

새 경계선을 추가하려면 시작점에서 끝점을 향해 왼쪽 클릭을 하고, 원하는 윤곽을 따라 계속해서 클릭하십시오. 새 경계선을 확정하려면 Enter 키를 누르십시오. 그렇지 않으면 Esc 키를 눌러 이 작업을 취소하십시오.

회전이 필요한 객체는 경계 설정 후, 나머지 수동 조정 전에 조정해야 합니다. 왼쪽 창에서 해당 과일을 클릭하십시오. 수정(revised) 버튼 옆의 화살표를 클릭하고 드롭다운 목록에서 회전(rotate)을 선택하면 오른쪽 상단 창에 축이 표시됩니다. 축 끝에 있는 녹색 사각형을 드래그하면 과일이 그에 따라 회전합니다.

Enter 키를 눌러 이 조정을 완료하십시오. 다른 수동 조정도 가능합니다. 자세한 내용은 함께 제공된 서면 프로토콜에서 확인하시기 바랍니다.

각도 및 블록성(blockiness)과 같은 일부 속성의 경우, 측정이 이루어질 설정을 선택하십시오. 각도는 과실 끝단으로부터 다양한 위치에서 계산될 수 있습니다. 이러한 설정은 설정 메뉴에서 선택할 수 있습니다.

블록성(Blockiness)은 과일의 원위단 또는 근위단과 가장 가까운 지점에서 사용자가 선택한 높이 비율에서의 너비와 중앙 너비의 비율로 계산합니다. 색상 테스트를 위해 스캐너 보정이 필요합니다. 먼저, 스캔된 컬러 체커 이미지를 열고 과일 분석 시 시연했던 것과 동일한 방식으로 분석하십시오.

L*, a*, b* 값을 수집하려면, TA가 노란색 경계선으로 표시된 분석 대상으로서 각 패치를 인식하는지 확인하십시오. 표준 컬러 체커를 사용하는 경우, 소프트웨어가 더 어두운 색 영역을 인식하지 못할 수 있습니다. 이러한 색상은 보정 과정에 포함되지 않습니다.

설정 메뉴의 스캐너 DPI 항목에서 밝기를 변경하여 스와스(swath) 인식률을 높일 수 있습니다. 그런 다음 설정 메뉴에서 보정을 위한 컬러 테스트를 선택하십시오. 대화 상자가 나타나면 기본 설정을 사용해야 합니다.

왼쪽 상자의 기울기 보정 값은 1로, 오른쪽 상자의 y절편 보정 값은 0으로 설정되었는지 확인하십시오. 최소 청색 값은 0으로 설정해야 하며, 파라미터 1과 2는 무시해도 됩니다. 이제 색상 테스트 대화 상자 내의 분석 버튼을 클릭하십시오.

출력 내용을 Excel 문서로 저장하기 위한 새 창이 나타납니다. 데이터 파일의 이름과 디렉토리를 지정하십시오. 출력 데이터 파일에는 RGB 값, star ASTAR B 값, 그리고 HU 및 chroma 계산 결과가 포함됩니다.

각 컬러 패치에 대해, 컬러 체커 제조사 또는 동봉된 서면 프로토콜에서 제공하는 L*, a*, b* 값에 대응하여 각 컬러 패치의 L* a* b* 값을 플롯합니다. 회귀 방정식을 결정하고 각 파라미터의 기울기와 y절편을 기록합니다. 컬러 테스트 대화 상자에 기울기의 역수와 y절편 값의 부호를 반전시켜 입력합니다.

L*, a*, b* 값은 색상 테스트 설정을 위한 보정 값으로 사용됩니다. 이 대화 상자에서 토마토 과실의 최소 청색 값을 30으로 설정하십시오.

과일의 크기가 3cm보다 작으면 최소 청색 값을 20으로 설정하십시오. TA가 정확한 경계를 찾는 데 어려움이 있거나 토마토 과일 이외의 객체를 분석하는 경우 이 값을 조정해야 할 수도 있습니다. 색상 테스트를 통해 사용자는 지정된 범위에 해당하는 픽셀의 백분율을 보고하는 두 가지 파라미터를 정의할 수도 있습니다.

토마토 분석을 위한 몇 가지 값 중에서, 파라미터 1의 하한값과 상한값을 각각 70과 100으로 설정하며, 이는 바람직하지 않은 노란색과 초록색의 과육 색상에 해당합니다. 파라미터 2의 하한값과 상한값은 각각 0과 50으로 설정하십시오.

이는 원하는 빨간색에 해당합니다. 이 값들에 대한 설정을 저장하십시오. 이렇게 설정된 값들은 프로그램이 종료될 때까지 분석되는 모든 이미지에 적용됩니다.

스캔된 이미지의 경우, 자연광에서 획득한 이미지에만 적용되는 Illuminate D 65 10 degree 옵션이 아닌 Illuminate C two degree 옵션을 선택하십시오. 보정 후, 동봉된 서면 프로토콜에 상세히 설명된 TA의 이미지 수동 조정 및 이미지 분석을 통해 과일 이미지의 색상을 분석하십시오. save fruit 버튼을 클릭하십시오.

수동 조정 및 선택 해제된 객체를 포함한 모든 현재 정보는 원본 이미지와 동일한 이름의 새 파일에 저장됩니다. 다만 확장자는 TMT입니다. 조정 사항이 없는 원본 이미지 파일로 되돌리려면 관련 TMT 파일을 삭제하기만 하면 됩니다. 또는, '분석(analyze)'을 선택하여 원본 이미지를 다시 분석하십시오.

단, 스캔된 이미지와 이름이 동일한 TMT 파일은 변경 사항을 덮어쓰기로 저장하지 않는 한 기존 이미지와 계속 연결되어 있음에 유의하십시오. 내보내기 버튼을 선택하여 데이터를 내보내면 데이터가 Excel 파일로 저장됩니다. 각 과일의 속성 값, 평균 및 표준 편차가 표시됩니다.

배치 분석 기능을 통해 둘 이상의 이미지에서 속성 값을 내보낼 수 있습니다. 열린 이미지 버튼을 클릭하여 배치 분석을 시작하십시오. 배치 분석할 이미지 파일들을 선택하십시오.

Shift 키 또는 Control 키를 누른 상태에서 추가 파일을 선택하여 여러 파일을 선택합니다. 파일 선택 후 열기 버튼을 클릭하면, 배치 분석 출력 유형으로 평균값만 선택하거나, 평균 및 표준 편차, 또는 이미지당 개별 측정값을 선택할 수 있습니다.

생성될 Excel 파일의 이름을 지정하고 저장 버튼을 클릭하십시오. 소프트웨어가 자동으로 파일들을 열고 일괄 분석을 시작합니다. 이미지 파일이 이전에 분석되어 저장된 경우, 저장된 TMT 파일이 일괄 분석을 위해 열립니다.

파일이 이전에 분석되지 않은 경우, 소프트웨어는 수동 조정 및 DES 선택 없이 이미지 분석을 수행하며, TA는 600 DPI에서 최소 100장의 이미지를 일괄 분석할 수 있습니다. 일괄 분석은 색상 테스트에도 사용할 수 있으며, 컴퓨터 하드웨어 성능에 따라 최대 100장의 과일 이미지를 일괄 분석할 수 있습니다. 설정 메뉴에서 색상 테스트 옵션을 여십시오.

배치 분석(batch analysis)을 체크하고 분석(analyze)을 클릭합니다. 분석할 이미지를 선택하는 새 창이 나타납니다. 다음 창에서 데이터 파일의 이름과 디렉토리를 지정하십시오.

저장(save)을 클릭하면 색상 테스트의 배치 분석이 시작됩니다. 다음은 토마토의 변이를 나타내는 두 이미지의 형태 및 색상 결과입니다. 오른쪽에는 각 열매의 여러 형태 및 색상 속성 값이 표시된 두 이미지의 출력 파일이 나타납니다.

배치 분석 결과는 10가지 토마토 품종의 평균 속성 형태 값과 표준 편차를 보여주는 이 출력 파일에 표시됩니다. 배치 분석의 색상 분석 출력에는 각 과실의 평균 색상 값과 기타 매개변수가 포함되어 있습니다. 지금까지 토마토 과실 이미지를 수집하고 토마토 분석기에서 제공하는 가장 일반적인 기능을 사용하여 분석하는 방법을 살펴보았습니다.

이 소프트웨어는 토마토 열매를 분석하기 위해 개발되었지만, 잎과 씨앗을 포함한 다른 식물 기관뿐만 아니라 토마토 외의 다른 식물 종을 분석하는 데에도 사용할 수 있습니다. 이것으로 모두 마쳤습니다. 시청해 주셔서 감사하며, 실험에 행운이 따르길 바랍니다.