Protocollo per la produzione di Video tridimensionale a raggi infrarossi di congelamento in piante

Pur vivendo in un mondo delle tre dimensioni fisiche, i ricercatori sono spesso limitati a riferire le osservazioni visive in 2D. Anche se immagini 2D sono generalmente sufficienti per comunicare informazioni importanti, questa mancanza di informazioni sulla profondità limita la nostra capacità di percepire e comprendere la complessità di oggetti del mondo reale. ¹

Questa carenza di informazioni sulla profondità fornito un incentivo a produrre video 3D principalmente nell’industria cinematografica commerciale dal primi anni del 1900¹. Tuttavia, generando informazioni 3D in immagini fisse e video è ostacolata dalle complessità coinvolte nella produzione di tali immagini. L’approccio più semplice per la generazione di film in 3D si basa su principi utilizzati nella fotografia stereoscopica. Fotografia stereoscopica utilizza due immagini dello stesso oggetto da punti di vista leggermente diversi che trasmette un’immagine 3D nel cervello. Per rendere questo possibile, ogni occhio deve guardare solo alla sua rispettiva immagine (cioè, l’occhio sinistro l’immagine di sinistra e l’occhio destro l’immagine di destra). Dal momento che gli occhi non lo farà naturalmente, copricapo stereoscopico è stato progettato per rendere questo possibile¹. Diversi stereoscopico visualizzato tecniche, anche come polarizzazione interlacciata, tempo-multiplex e tecniche di esposizione testa-supporto, sono state utilizzate durante lo sviluppo di film in 3D, ma il metodo di colore-intreccio o anaglifi utilizzando rosso e verde (o ciano) occhiali è una delle tecniche più semplici e meno costose. Per una rassegna completa di imaging 3D e le varie tecniche coinvolte, vedere la recensione di Geng¹.

Monitoraggio di congelamento in piante mediante termografia IR si basa sul principio che quando l’acqua congela, deve abbandonare energia interna². Questa energia è sotto forma di calore, che è rilevabile nella regione IR dello spettro elettromagnetico. Telecamere in grado di registrare l’energia IR sono stati in uso dal 1929³. È il primo rapporto pubblicato utilizzando la tecnologia IR alla pellicola di congelamento in piante da Cecardi et al. ², ma la risoluzione della fotocamera utilizzata rende difficile determinare con precisione il tessuto dove è iniziato il congelamento. Wisniewski et al. ⁴ determinato più precisi siti di nucleazione di ghiaccio in diverse specie di piante utilizzando una fotocamera a risoluzione più elevata. Come la tecnologia utilizzata in termografia IR migliorata, immagini ad alta risoluzione ha portato a scoperte come ostacoli al congelamento⁵ e la precisa localizzazione cellulare di ghiaccio formazione⁶.

Una difficoltà a riprese di soggetti in IR è causata da piccole differenze di temperature. In questo modo la maggior parte degli oggetti nel campo visivo di un colore simile, che lo rende difficile determinare con precisione quali oggetti sono congelamento. Questo può essere importante quando per determinare l’ordine di congelamento in tessuti specifici, come foglie o radici nel grano⁶. Se il video di IR di piante di congelamento potrebbe essere imaged in 3D, potrebbe essere migliorata la precisione di determinare quale parte della pianta è gelida a un certo punto nel tempo.

Fragola è una coltura in alcune zone degli Stati Uniti in cui le temperature di congelamento sono di notevole preoccupazione per i coltivatori. In alcune condizioni di coltivazione, è comune per i fiori della fragola a comparire congelare 2-3 settimane prima della media la scorsa primavera. Un evento di blocco può verificarsi più tardi giugno in alcune zone dei Monti Appalachi⁷ e solitamente risultati nella morte del fiore. Protezione antigelo è, pertanto, fondamentale per congelare i coltivatori di fragole in aree soggette a questi eventi. Fragola coltivatori in Carolina del Nord, ad esempio, gelo-devono proteggere, in media, tra 4-6 eventi di gelo prima della fioritura e si blocca dura 1-2 durante la prima fioritura periodo⁸. Per aiutare a sviluppare fragola genotipi che sono più tolleranti di congelamento, è importante capire i vari aspetti del congelamento, come ad esempio i siti di ghiaccio nucleazione e propagazione in altre parti della pianta. Termografia IR offre un mezzo efficace per affrontare questi problemi.

Qui, usiamo fragola per illustrare una tecnica per la registrazione di eventi congelamento in 3D utilizzando il metodo di anaglifi. Fragola è adatto per questo esempio, perché le foglie e i fiori sono ampiamente distribuiti nello spazio 3D e possono essere difficili da differenziare quando hanno visto in video 2D a infrarossi.