Томатный Analyzer: Полезные Прикладное программное обеспечение для сбора точной и подробной Морфологические и колориметрических данных из двумерных объектов

Использование анализатора томатов. Плоды томата подготавливают и разрезают для сбора цифровых изображений. Плод помещают на сканер срезом вниз и сканируют для получения изображения в формате JPEG.

Затем изображения просматриваются и анализируются с помощью программного обеспечения для анализа томатов. Все измерения формы плодов рассчитываются на основе границ плода, распознанных программой, в то время как модуль тестирования цвета предназначен для количественного определения параметров цвета внутри этих границ. В завершение данные экспортируются в файл Excel в пакетном режиме (более 100 изображений за один раз) или по отдельным изображениям.

Здравствуйте, я Эстеван Дена, преподаватель кафедры садоводства и растениеводства Университета штата Огайо. Я Мэтью Роббинс из лаборатории Фрэнсиса на кафедре садоводства и растениеводства Университета штата Огайо. Я Гу Родригес из... Сегодня мы продемонстрируем вам процедуру сбора и анализа данных о форме, размере и цвете плодов томата с использованием анализатора томатов.

Мы используем данную процедуру для изучения морфологии и цвета плодов томата, так что приступим. Tomato analyzer (сокращенно TA) представляет собой программное обеспечение, которое в полуавтоматическом и воспроизводимом режиме измеряет 37 атрибутов, относящихся к двумерной форме, а также позволяет фиксировать данные о цвете в цветовых пространствах RGB и универсальном пространстве L*a*b*. В данном случае TA применяется для анализа отсканированных изображений плодов томата.

Перед началом данной процедуры убедитесь, что плод чист и сух. Если плод мясистый, убедитесь, что он не перезрел, так как размягчение может привести к деформации формы при разрезании. Для оценки степени приплюснутости или вытянутости плода, а также для всех параметров, за исключением категории поперечного сечения, используйте зазубренный нож или новое лезвие бритвы, чтобы разрезать плод продольно через центр для измерения толщины перикарпия; для всех параметров категории поперечного сечения, а также некоторых параметров базовых измерений и морфологии, разрежьте плод поперечно.

Цветовой анализ можно применять к плодам, разрезанным продольно или поперечно, а также к другим срезам, предназначенным для выявления определенных особенностей. В завершение промокните внутреннюю часть плода салфеткой или бумажным полотенцем, чтобы удалить лишнюю влагу. Если плод очень сочный, после этого он готов к сбору изображений.

Для высокопроизводительного анализа крайне важно сканировать плоды только одного растения или генотипа за один раз, а также сканировать плоды, разрезанные либо продольно, либо поперечно, не смешивая оба типа разрезов в одном скане. Начните с того, чтобы аккуратно и точно поместить разрезанный плод на сканер срезом вниз. Располагайте плоды на сканере близко друг к другу, но так, чтобы они не соприкасались.

Чем точнее выровнены объекты и чем меньше между ними крупных пустых пространств, тем меньше потребуется ручной корректировки с помощью программного обеспечения для обработки изображений, такого как Adobe Photoshop. Перед анализом плодов в ta поместите над ними линейку, чтобы убедиться в выборе правильного разрешения сканирования, что крайне важно для точного измерения характеристик плодов. Поместите под плодами этикетку, чтобы подтвердить правильность именования файла.

Поскольку программное обеспечение TA использует разрешение изображения для точного измерения размера, правильный выбор разрешения сканирования имеет важное значение; как правило, для объектов размером от одного до восьми сантиметров выбирается соответствующее разрешение. Для объектов размером более восьми сантиметров сканируйте с разрешением 300 DPI. Для объектов среднего размера используйте 100 DPI, а для очень маленьких объектов, таких как семена, сканируйте с разрешением 750 DPI или выше.

Для серийного анализа, при котором размер плодов существенно не варьируется у разных растений, выберите одну настройку разрешения сканера для всех изображений, собираемых в рамках одного эксперимента. Также установите размер выходного изображения с максимальным доступным в программном обеспечении сканера количеством цветов. Создайте темный фон для объектов, поместив картонную коробку на экран сканера или поверх него.

Черный или очень темный фон предотвращает появление теней, которые могут помешать анализу. Белый фон приведет к сбою TA, так как эта программа оптимизирована для работы с темным фоном. Отражения света и особенности фона также могут быть распознаны при сканировании программным обеспечением.

После первичного сканирования плод был обрезан перед сохранением изображения, чтобы избежать наличия больших пустых пространств. Если изображение не было обрезано на этом этапе, его необходимо обрезать с помощью программного обеспечения для обработки изображений, такого как Adobe Photoshop, перед анализом с помощью ta. Сохраните отсканированное изображение в формате JPEG для цветового анализа, который включает преобразование значений RGB в параметры L*, A* и B*; откалибруйте сканер, используя предварительно подготовленную контрольную таблицу цветов.

Здесь используется специальная контрольная шкала цветов, которая представляет диапазон цветов, характерных для исследуемых изображений. Также можно использовать стандартную контрольную шкалу. Сканируйте контрольную шкалу в процессе сканирования плодов.

Сохраните скан контрольной шкалы цветов в той же папке, что и сканы изображений фруктов. Калибровка необходима, так как сканеры могут различаться в способах захвата и интерпретации цвета. Калибровка RGB-цвета позволяет выполнить преобразование в универсальное цветовое пространство перед переходом к анализу изображений.

Для работы программы Tomato analyzer версии 2.200 требуется операционная система Windows версии 2000 или выше; программу можно скачать с нашего веб-сайта. На этом же сайте доступны руководство пользователя и руководство по цветовому тесту, которые помогут убедиться, что исходные изображения сохранены в той же папке, что и скорректированные изображения, созданные приложением TA. Разместите папку с исходными изображениями на жестком диске, а не в папке «Мои документы» или на удаленном сервере.

Запустите программу TA. Сначала установите DPI и единицы измерения в меню настроек, выбрав пункт scanner DPI. Значение DPI должно совпадать со значением в файлах изображений для обеспечения точности измерений размера.

Единицы измерения, выбранные в диалоговом окне, определяют единицы измерения для выходных данных. В этом же диалоговом окне при необходимости отрегулируйте яркость, если объекты относительно темные. Затем в меню настроек выберите измеряемые атрибуты, нажав «measurement saved» (сохранить измерения).

Атрибуты сгруппированы по 10 категориям: от основных измерений до морфометрии. Можно выбрать или отменить выбор отдельных атрибутов или всей группы измерений, нажав на соответствующую группу или атрибут. Чтобы отобразить все атрибуты группы измерений, нажмите на знак плюс.

Выбранные атрибуты отображаются по категориям в окне в правом нижнем углу экрана. После установки входного разрешения, единиц вывода и выбора анализируемых атрибутов нажмите кнопку открытия изображения и выберите файл изображения. Выбранное изображение отобразится в левом окне из всплывающего диалогового окна.

Для анализа открытого изображения нажмите кнопку «Analyze». По завершении анализа периметр каждого плода будет выделен желтой линией, а данные отобразятся в окне данных в нижнем правом углу. Обратите внимание, что данные по цвету в этом окне не отображаются.

Программное обеспечение автоматически снимает выделение с очень больших или маленьких объектов, таких как линейка или метка. Объекты, с которых снято выделение, подсвечиваются синей линией. Используйте линейку, чтобы убедиться в правильности выбора единиц измерения и разрешения.

Сравнивая измерения высоты и ширины, дополнительные плоды можно исключить из выборки, нажав правой кнопкой мыши только по их изображению. Объекты, обведенные желтым цветом, отображаются в окне данных, а экспортируемые объекты, обведенные синим цветом, не включаются в анализ. Отдельные объекты можно отобразить в верхнем правом окне, щелкнув по ним левой кнопкой мыши.

Данные в окне данных в нижнем правом углу соответствуют определенному объекту на изображении и представлены в том же порядке, что и объекты на изображении. В первой строке отображены значения для объекта в верхнем левом углу, а в последней строке данных — значения для объекта в нижнем правом углу изображения. Помимо нажатия на плод для выделения соответствующей строки данных, можно нажать на строку, чтобы отобразить соответствующий плод в верхнем окне справа.

Нажав на вкладку атрибутов в нижнем правом окне, можно посмотреть, как измеряется конкретный атрибут для каждого отдельного плода. Например, при выборе параметра «distal end angle» в левом окне будут отображены углы на плоде, которые будут измерены программным обеспечением. Эта функция очень полезна при выявлении объектов, требующих ручной корректировки.

Для более точных измерений нажмите кнопку «revised», чтобы открыть доступ к ручным корректировкам в приложении. Ниже приведены некоторые из наиболее часто используемых ручных корректировок. Сначала щелкните левой кнопкой мыши по объекту на изображении в левом окне, если он требует ручной корректировки.

Если граница требует корректировки, сначала настройте этот параметр, выбрав «boundary» (граница). В выпадающем меню кнопки исправления выберите участок границы, который необходимо изменить, левым кликом указав начальную и конечную точки некорректной границы. В результате выделенная граница будет удалена.

Чтобы добавить новую границу, щелкните левой кнопкой мыши, перемещаясь от начальной точки к конечной, продолжая кликать вдоль желаемого контура. Для подтверждения новой границы нажмите клавишу enter. В противном случае нажмите клавишу escape, чтобы отменить эту операцию.

Для объектов, требующих поворота, потребуется корректировка: после определения границ, но перед оставшимися ручными правками, выберите нужный плод в левом окне. Нажмите на стрелку рядом с кнопкой редактирования, выберите пункт «поворот» из выпадающего списка, после чего в верхнем правом окне отобразится ось. Перемещайте зеленый квадрат на конце оси, чтобы повернуть плод соответствующим образом.

Нажмите клавишу enter, чтобы завершить эту настройку. Доступны и другие ручные настройки. Инструкции приведены в прилагаемом письменном протоколе.

Для некоторых параметров, таких как углы и кубичность, выберите настройки, при которых должно быть выполнено измерение. Углы могут быть рассчитаны в различных точках относительно концов плода. Эти параметры можно выбрать в меню настроек.

Степень блочности рассчитывается как отношение ширины на выбранном пользователем уровне высоты, максимально близком к дистальному или проксимальному концу плода, к ширине в средней части. Для проведения анализа цвета необходимо откалибровать сканер. Сначала откройте отсканированное изображение контрольной шкалы цветов и проанализируйте его тем же способом, который был продемонстрирован для плода.

Для сбора значений L*, a* и b* убедитесь, что TA распознает каждый патч как объект для анализа, отмеченный желтой границей. При использовании стандартной контрольной шкалы цветов программное обеспечение может не распознать более темные участки. Эти цвета не будут включены в калибровку.

Качество распознавания полос можно улучшить, изменив яркость в меню настроек в разделе DPI сканера. Затем в меню настроек выберите «Тест цвета» для калибровки. При появлении диалогового окна следует использовать настройки по умолчанию.

Убедитесь, что в левых полях значения коррекции для наклона установлены на один, а в правых полях — на ноль для пересечения с осью y. Минимальное синее значение должно быть установлено на ноль; параметры один и два можно игнорировать. Теперь нажмите кнопку «Analyze» в диалоговом окне цветового теста.

Появится новое окно для сохранения результатов в документе Excel. Укажите имя и директорию для файла данных. Файл с результатами будет содержать значения RGB, значения star ASTAR B, а также расчеты для HU и хроматичности.

Для каждого цветового патча постройте график зависимости значений L*, a*, b* от эталонных значений L*, a* и b*, которые можно получить от производителя контрольной карты или в прилагаемом письменном протоколе. Определите уравнение регрессии и запишите наклон и точку пересечения с осью y для каждого параметра. В диалоговом окне цветового теста введите величину, обратную наклону, и значение точки пересечения с осью y с противоположным знаком.

Для L*, A* и B* эти значения будут использоваться в качестве корректирующих значений для настроек цветового теста. В этом диалоговом окне установите минимальное значение синего цвета на 30 для плодов томата.

Если размер плодов составляет менее трех сантиметров, установите минимальное значение синего цвета (blue value) на 20. Это значение может потребовать корректировки, если TA испытывает трудности с определением правильных границ или при анализе объектов, отличных от плодов томата. Тест цвета также позволяет пользователю определить два параметра, которые сообщают процент пикселей, попадающих в заданные диапазоны.

Для анализа томатов установите нижнее и верхнее значения первого параметра на отметках 70 и 100 соответственно, что соответствует нежелательным желтому и зеленому цветам мякоти. Установите нижнее и верхнее значения второго параметра на отметках 0 и 50 соответственно.

Эти значения соответствуют желаемому красному цвету. Сохраните настройки для данных значений. Затем эти параметры будут применяться ко всем анализируемым изображениям до закрытия программы.

Для отсканированных изображений выберите вариант Illuminate C 2°, а не Illuminate D 65 10°, который применяется только для изображений, полученных при естественном освещении после калибровки. Проведите анализ цвета изображений плодов после ручной корректировки изображения и анализа изображений с помощью TA, как подробно описано в прилагаемом письменном протоколе. Нажмите кнопку save fruit.

Вся текущая информация, включая ручные корректировки и деселектированные объекты, сохраняется в новом файле с тем же именем, что и у исходного изображения, но с расширением TMT. Чтобы вернуться к исходному файлу изображения без каких-либо корректировок, просто удалите соответствующий TMT-файл. В качестве альтернативы выберите команду analyze и проведите повторный анализ исходного изображения.

Однако обратите внимание, что любой файл TMT с тем же именем, что и отсканированное изображение, остается связанным с исходным изображением, если только он не будет перезаписан при сохранении изменений. Экспортируйте данные, нажав кнопку экспорта; данные будут выгружены в файл Excel. Отображаются значения атрибутов для каждого плода, среднее значение и стандартное отклонение.

Функция пакетного анализа позволяет экспортировать значения атрибутов из двух или более изображений. Запустите пакетный анализ, нажав кнопку открытия изображения. Выберите файлы изображений для проведения пакетного анализа.

Несколько файлов выбираются с помощью клавиши shift или control при выделении дополнительных файлов. После выбора файлов нажмите кнопку «Открыть», затем можно выбрать тип вывода пакетного анализа: только среднее значение, среднее значение и стандартное отклонение или индивидуальные измерения для каждого изображения.

Выберите имя для создаваемого файла Excel и нажмите кнопку сохранения. Программное обеспечение автоматически откроет файлы и начнет пакетный анализ. Если файлы изображений были ранее проанализированы и сохранены с помощью ta, для пакетного анализа будут открыты сохраненные TMT-файлы.

Если файлы ранее не анализировались, программное обеспечение выполняет анализ изображений без ручных корректировок и выбора DES; TA может проводить пакетный анализ как минимум 100 изображений с разрешением 600 DPI. Пакетный анализ также может быть использован для теста цвета: в зависимости от аппаратного обеспечения компьютера в пакетном режиме можно проанализировать до 100 изображений плодов. Откройте опцию теста цвета в меню настроек.

Отметьте пункт «batch analysis» (пакетный анализ) и нажмите «analyze» (анализировать). Откроется новое окно для выбора изображений, которые необходимо проанализировать. В следующем окне укажите имя и каталог для файла данных.

Нажмите «Сохранить», и начнется пакетный анализ цветового теста. Ниже представлены результаты анализа формы и цвета для двух изображений, демонстрирующих вариативность томатов. Выходные файлы для обоих изображений расположены справа; в них указаны значения нескольких атрибутов формы и цвета для каждого плода.

Результаты пакетного анализа представлены в этом выходном файле, в котором указаны средние значения параметров формы и стандартное отклонение для 10 сортов томатов. Результаты цветового анализа в рамках пакетного анализа содержат средние значения цвета для каждого плода, а также другие параметры. Мы только что продемонстрировали вам способ сбора изображений плодов томатов и их анализа с использованием наиболее часто применяемых признаков, доступных в программе tomato analyzer.

Хотя данное программное обеспечение было разработано для анализа плодов томатов, оно также может быть использовано для анализа других органов растений, включая листья и семена, а также томатов и других видов растений. На этом все. Благодарим за внимание и желаем удачи в проведении вашего эксперимента.