Арт. WinRHIZO
WinRHIZO Tron от Regent Instruments — специализированное программное обеспечение для анализа изображений корней растений, растущих непосредственно в почве, в том числе изображений, полученных с помощью миниризотронных систем с подземными видеокамерами.
WinRHIZO Tron предназначено для работы с изображениями, на которых отсутствует достаточный контраст между корнями и окружающим фоном, что затрудняет автоматическое распознавание. Анализ выполняется интерактивно: пользователь вручную обводит корни на изображении с помощью мыши либо сенсорного экрана планшета или моноблока, а программа автоматически рассчитывает их морфологические параметры.
Программное обеспечение позволяет исследовать морфологию корневой системы непосредственно в почве, измерять длину, диаметр, площадь и объем корней, отслеживать их состояние и оценивать динамику роста во времени.
Доступны две версии программы:
- WinRHIZO Tron — анализ одного кадра за один раз;
- WinRHIZO Tron MF (Multiple Frames) — одновременная загрузка, просмотр и анализ нескольких кадров.
Программное обеспечение работает на ПК и планшетах под управлением операционной системы Windows. Для автоматического анализа отмытых корней и проростков Arabidopsis производитель предлагает программное обеспечение WinRHIZO Basic, Reg, Pro и Arabidopsis.
Интерактивный анализ корневой системы
При ручной трассировке корней на изображении WinRHIZO Tron автоматически выполняет измерения и отображает морфологические характеристики исследуемой корневой системы. Проанализированный корень представляется в виде отдельных сегментов, ограниченных узлами. Созданные сегменты и узлы можно редактировать: перемещать, изменять их размеры, удалять или добавлять с помощью мыши и клавиатуры. При внесении изменений результаты морфологических измерений и данные в файлах обновляются автоматически.
Пользователь может увеличивать отдельные участки изображения для детального анализа или уменьшать масштаб для одновременного просмотра большей области либо нескольких изображений. Исходные изображения при проведении анализа не изменяются — результаты и разметка отображаются поверх них.
Измеряемые параметры корней
WinRHIZO Tron позволяет получать как суммарные характеристики всей корневой системы на изображении, так и данные отдельных корней и сегментов.
Для всего изображения программа определяет:
- общую длину корней;
- площадь поверхности;
- проекционную площадь;
- объем;
- средний диаметр;
- количество кончиков.
Для активного корня и отдельных сегментов также доступны соответствующие морфологические параметры, включая длину и площадь поверхности.
Распределение корней по диаметру
WinRHIZO Tron отображает распределение длины, площади, объема и количества кончиков корней в зависимости от диаметра в виде графика над анализируемым изображением. Цветовые классы на графике соответствуют цветам, которыми обозначаются корни непосредственно на изображении.
Важная особенность программы — определение фактического распределения корней по диаметрам, а не только их классификация по среднему диаметру. Например, если один сегмент включает участки трех различных классов диаметра, его длина распределяется между всеми тремя классами, а не относится целиком к классу среднего диаметра.
Визуализация диаметра и состояния корней
Цвет, которым отображается корень, может зависеть от:
- диаметра сегмента;
- состояния корня — живой, отмерший или исчезнувший (live, dead, gone).
Диаметр корней может визуализироваться несколькими способами:
- окружностями в узловых точках;
- боковыми линиями вдоль границ корня;
- без дополнительного отображения диаметра.
Такой подход облегчает визуальную интерпретацию результатов и сравнение отдельных участков корневой системы.
Инструменты для эффективной обработки данных
WinRHIZO Tron содержит функции, упрощающие работу с большим количеством изображений и корневых сегментов. При создании нового сегмента пользователь может задать его свойства вручную или одной клавишей присвоить ему характеристики предыдущего сегмента.
Названия корней и сегментов также можно вводить вручную либо формировать автоматически. В последнем случае пользователь задает начало имени, после чего WinRHIZO Tron автоматически добавляет последовательно увеличивающийся номер для каждого нового корня.
Если название файла соответствует схеме ICAP, программа может автоматически извлекать из него информацию, используемую для идентификации образца:
- эксперимент;
- номер трубки;
- положение;
- сессию;
- дату;
- время;
- оператора, проводившего сбор данных.
Это позволяет сократить объем ручного ввода при обработке больших серий изображений. Производитель отмечает, что схема именования ICAP используется некоторыми системами получения изображений в ризотронах.
Отображение и редактирование результатов
Пользователь может выбирать, какие данные отображать на экране, а также настраивать их представление, включая размер и цвет текста.
В рабочей области могут отображаться:
- суммарные измерения для всего изображения;
- сведения об изображении, извлеченные из имени файла;
- имя активного корня и результаты его измерения;
- номер активного сегмента и его морфологические параметры.
Кроме того, WinRHIZO Tron позволяет:
- перемещать отдельный корень или всю разметку в анализируемой области — например, для совмещения предыдущего анализа с новым изображением;
- просматривать и редактировать свойства корней;
- продолжать или корректировать ранее выполненный анализ;
- изменять цвета отображения данных;
- добавлять комментарии и наблюдения к изображениям, отдельным корням и сегментам.
Сохранение и обработка результатов
Подробная информация об образце, параметры анализа и результаты измерений сохраняются в файлах данных в текстовом формате ASCII. Файлы подходят для последующей обработки в электронных таблицах, включая Microsoft Excel.
Для дополнительной визуализации и обработки данных Regent Instruments предлагает опциональную программу XLRhizo Tron, работающую в Microsoft Excel. Она позволяет реорганизовывать результаты измерений, строить графики и сравнивать данные различных исследований.
Например, XLRhizo Tron можно использовать для расчета и графического отображения роста корней в зависимости от времени по изображениям, полученным в разные периоды наблюдений. Программа приобретается отдельно либо совместно с WinRHIZO Tron / Tron MF.
WinRHIZO Tron MF — одновременный анализ нескольких изображений
WinRHIZO Tron MF расширяет возможности стандартной версии и предназначена для работы с сериями изображений. Пользователь может одним действием загружать, просматривать и анализировать соседние кадры и даже полные серии изображений одной миниризотронной трубки.
Можно работать:
- с одним изображением;
- с несколькими последовательными участками одной трубки;
- с изображениями одного участка, полученными в разные периоды наблюдений;
- с пространственно-временными сериями изображений.
Программа позволяет объединить последовательные кадры по пространству и времени в единую Space-Time Tile, что особенно удобно для долговременного наблюдения за динамикой корневой системы.
Анализ корней по глубине и во времени
WinRHIZO Tron MF позволяет загружать одну или несколько сессий съемки целой миниризотронной трубки. После выбора изображения программа может загрузить остальные кадры трубки в соответствии с их расположением по глубине. Пользователь может последовательно перемещаться между участками аналогично перемещению камеры внутри трубки.
Вместе с изображениями могут автоматически загружаться результаты ранее выполненного анализа, которые отображаются поверх соответствующих кадров. Это позволяет сравнивать состояние корневой системы в разные периоды наблюдений.
Анализ корней по глубине и во времени
Анализ нескольких кадров
При загрузке нескольких изображений в версии MF их можно анализировать:
- индивидуально — для каждого изображения сохраняется отдельный набор результатов;
- как единую серию — корни могут продолжаться между соседними кадрами, а результаты измерений сохраняются как единый набор данных для группы изображений.
Проанализированные изображения можно сохранять и печатать как с нанесенной аналитической разметкой, так и без нее. Разметку можно копировать с одного изображения или серии изображений на другие. Например, результаты предыдущей сессии можно перенести на новое изображение и затем скорректировать вместо повторной трассировки всей корневой системы. Аналогичным образом можно копировать анализ целой миниризотронной трубки.
Оценка роста и отмирания корней во времени
WinRHIZO Tron позволяет визуально выделять изменения корневой системы между последовательными наблюдениями. Для одного и того же участка корни, которых не было во время предыдущей сессии либо которые впоследствии исчезли, могут отображаться более толстыми линиями. Это облегчает изучение динамики появления, роста и отмирания корней при долговременных исследованиях.
Функция Space-Time Traveler
В WinRHIZO Tron MF реализован инструмент Space-Time Traveler, предназначенный для навигации по пространственно-временным сериям изображений.
Одним щелчком мыши пользователь может перейти относительно текущего изображения к следующей или предыдущей:
- миниризотронной трубке;
- позиции внутри трубки — перемещаясь по глубине на один кадр;
- временной сессии — сохраняя ту же трубку и положение, но переходя к другому моменту наблюдения.
Это упрощает анализ больших массивов данных, полученных при многократной съемке корневых систем в течение длительных экспериментов.
Основные преимущества WinRHIZO Tron
- Анализ корней непосредственно в почве. Программа разработана для изображений, полученных в ризотронах и миниризотронах, в том числе при недостаточном контрасте корней относительно фона.
- Подробный морфологический анализ. Определяются длина, площадь поверхности, проекционная площадь, объем, средний диаметр и количество кончиков корней.
- Распределение по фактическому диаметру. Участки одного сегмента могут учитываться в разных классах диаметра, что дает более подробную картину структуры корневой системы.
- Редактируемая интерактивная трассировка. Пользователь может корректировать узлы и сегменты, а результаты измерений обновляются автоматически.
- Исследование динамики корневой системы. Возможно сравнение изображений одного участка, полученных в разные периоды, для анализа роста и исчезновения корней.
- Работа с сериями изображений. Версия WinRHIZO Tron MF позволяет одновременно анализировать несколько кадров, соседние участки и целые серии изображений миниризотронной трубки.
- Сохранение исходных изображений. Аналитическая разметка накладывается поверх изображения, не изменяя оригинальный файл.
- Экспорт результатов. Данные сохраняются в формате ASCII и могут использоваться для последующей обработки в электронных таблицах.
Области применения
WinRHIZO Tron подходит для задач, связанных с изучением корневых систем растений непосредственно в почве, в том числе:
- исследований роста и развития корней;
- миниризотронных и ризотронных исследований;
- изучения распределения корней по глубине;
- долговременного мониторинга корневой системы;
- оценки динамики роста и отмирания корней;
- исследований взаимодействия корневой системы с почвой;
- научных исследований в физиологии растений, агрономии, экологии и лесоведении.
