Published June 15, 2022
| Version v1
Publication
Open
Cassava root crown phenotyping using three-dimension (3D) multi-view stereo reconstruction
Description
Phenotypic analysis of cassava root crowns (CRCs) so far has been limited to visual inspection and very few measurements due to its laborious process in the field. Here, we developed a platform for acquiring 3D CRC models using close-range photogrammetry for phenotypic analysis. The state of the art is a low cost and easy to set up 3D acquisition requiring only a background sheet, a reference object and a camera, compatible with field experiments in remote areas. We tested different software with CRC samples, and Agisoft and Blender were the most suitable software for generating high-quality 3D models and data analysis, respectively. We optimized the workflow by testing different numbers of images for 3D reconstruction and found that a minimum of 25 images per CRC can provide high quality 3D models. Up to ten traits, including 3D crown volumes, 3D crown surface, root density, surface-to-volume ratio, root numbers, root angle, crown diameter, cylinder soil volume, CRC compactness and root length can be extracted providing novel parameters for studying cassava storage roots. We applied this platform to partial-inbred cassava populations and demonstrated that our platform provides reliable 3D CRC modelling for phenotypic analysis, analysis of genetic variances and supporting breeding selection.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
اقتصر التحليل الظاهري لتيجان جذر الكسافا (CRCs) حتى الآن على الفحص البصري والقليل جدًا من القياسات بسبب عمليتها الشاقة في هذا المجال. هنا، قمنا بتطوير منصة للحصول على نماذج CRC ثلاثية الأبعاد باستخدام المسح التصويري قريب المدى لتحليل النمط الظاهري. أحدث التقنيات هي تكلفة منخفضة وسهلة لإعداد اقتناء ثلاثي الأبعاد لا يتطلب سوى ورقة خلفية وكائن مرجعي وكاميرا، متوافقة مع التجارب الميدانية في المناطق النائية. اختبرنا برامج مختلفة باستخدام عينات CRC، وكانت Agisoft و Blender أنسب البرامج لإنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد عالية الجودة وتحليل البيانات، على التوالي. قمنا بتحسين سير العمل من خلال اختبار أعداد مختلفة من الصور لإعادة البناء ثلاثي الأبعاد ووجدنا أن ما لا يقل عن 25 صورة لكل CRC يمكن أن توفر نماذج ثلاثية الأبعاد عالية الجودة. يمكن استخراج ما يصل إلى عشر سمات، بما في ذلك أحجام التاج ثلاثية الأبعاد، وسطح التاج ثلاثي الأبعاد، وكثافة الجذر، ونسبة السطح إلى الحجم، وأرقام الجذر، وزاوية الجذر، وقطر التاج، وحجم تربة الأسطوانة، وضغط CRC وطول الجذر، مما يوفر معايير جديدة لدراسة جذور تخزين الكسافا. طبقنا هذه المنصة على مجموعات الكسافا المستنبتة جزئيًا وأثبتنا أن منصتنا توفر نمذجة موثوقة ثلاثية الأبعاد لاتفاقية حقوق الطفل لتحليل النمط الظاهري وتحليل الفروق الجينية ودعم اختيار التكاثر.Translated Description (French)
Jusqu'à présent, l'analyse phénotypique des couronnes racinaires de manioc (CRC) s'est limitée à une inspection visuelle et à très peu de mesures en raison de son processus laborieux sur le terrain. Ici, nous avons développé une plate-forme pour acquérir des modèles de CCR 3D en utilisant la photogrammétrie à courte portée pour l'analyse phénotypique. L'état de l'art est une acquisition 3D peu coûteuse et facile à mettre en place ne nécessitant qu'une feuille de fond, un objet de référence et une caméra, compatible avec les expériences sur le terrain dans des zones éloignées. Nous avons testé différents logiciels avec des échantillons CRC, et Agisoft et Blender étaient les logiciels les plus appropriés pour générer des modèles 3D de haute qualité et une analyse de données, respectivement. Nous avons optimisé le flux de travail en testant différents nombres d'images pour la reconstruction 3D et avons constaté qu'un minimum de 25 images par CRC peut fournir des modèles 3D de haute qualité. Jusqu'à dix traits, y compris les volumes de la couronne 3D, la surface de la couronne 3D, la densité des racines, le rapport surface/volume, le nombre de racines, l'angle des racines, le diamètre de la couronne, le volume du sol cylindrique, la compacité CRC et la longueur des racines peuvent être extraits, fournissant de nouveaux paramètres pour l'étude des racines de stockage du manioc. Nous avons appliqué cette plateforme à des populations de manioc partiellement consanguines et avons démontré que notre plateforme fournit une modélisation fiable du CCR 3D pour l'analyse phénotypique, l'analyse des variances génétiques et la sélection de sélection.Translated Description (Spanish)
El análisis fenotípico de las coronas de raíz de yuca (CRC) hasta ahora se ha limitado a la inspección visual y muy pocas mediciones debido a su laborioso proceso en el campo. Aquí, desarrollamos una plataforma para adquirir modelos 3D CRC utilizando fotogrametría de corto alcance para el análisis fenotípico. El estado de la técnica es una adquisición 3D de bajo coste y fácil de configurar que requiere solo una hoja de fondo, un objeto de referencia y una cámara, compatible con experimentos de campo en áreas remotas. Probamos diferentes software con muestras de CRC, y Agisoft y Blender fueron los software más adecuados para generar modelos 3D de alta calidad y análisis de datos, respectivamente. Optimizamos el flujo de trabajo probando diferentes números de imágenes para la reconstrucción 3D y descubrimos que un mínimo de 25 imágenes por CRC puede proporcionar modelos 3D de alta calidad. Se pueden extraer hasta diez rasgos, incluidos los volúmenes de corona 3D, la superficie de la corona 3D, la densidad de la raíz, la relación superficie/volumen, el número de raíces, el ángulo de la raíz, el diámetro de la corona, el volumen del suelo del cilindro, la compacidad CRC y la longitud de la raíz, lo que proporciona parámetros novedosos para estudiar las raíces de almacenamiento de yuca. Aplicamos esta plataforma a poblaciones de yuca parcialmente endogámica y demostramos que nuestra plataforma proporciona un modelado 3D CRC confiable para el análisis fenotípico, el análisis de varianzas genéticas y el apoyo a la selección de mejoramiento.Files
s41598-022-14325-4.pdf.pdf
Files
(2.8 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:79664eea7701c882602b056400db6fbc
|
2.8 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التنميط الظاهري لتاج جذر الكسافا باستخدام إعادة بناء ستيريو ثلاثي الأبعاد (3D)
- Translated title (French)
- Phénotypage de la couronne de la racine de manioc à l'aide d'une reconstruction stéréo tridimensionnelle (3D) à vues multiples
- Translated title (Spanish)
- Fenotipado de la corona de la raíz de yuca mediante reconstrucción estéreo tridimensional (3D) multivista
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4282934899
- DOI
- 10.1038/s41598-022-14325-4
References
- https://openalex.org/W1914326813
- https://openalex.org/W1974660957
- https://openalex.org/W1979064776
- https://openalex.org/W1984319709
- https://openalex.org/W1998686312
- https://openalex.org/W2015265546
- https://openalex.org/W2118450180
- https://openalex.org/W2342846291
- https://openalex.org/W2466520635
- https://openalex.org/W2517252984
- https://openalex.org/W2591174681
- https://openalex.org/W2743710300
- https://openalex.org/W2758068926
- https://openalex.org/W2795897093
- https://openalex.org/W2797088263
- https://openalex.org/W2810099404
- https://openalex.org/W2894202761
- https://openalex.org/W2898649328
- https://openalex.org/W2937023908
- https://openalex.org/W2949109124
- https://openalex.org/W2964287254
- https://openalex.org/W2982182310
- https://openalex.org/W2987358990
- https://openalex.org/W2998587218
- https://openalex.org/W3003433397
- https://openalex.org/W3010010041
- https://openalex.org/W3011638763
- https://openalex.org/W3011995665
- https://openalex.org/W3016584996
- https://openalex.org/W3024107192
- https://openalex.org/W3037624644
- https://openalex.org/W3037913179
- https://openalex.org/W3042927566
- https://openalex.org/W3046165985
- https://openalex.org/W3083912311
- https://openalex.org/W3112793127
- https://openalex.org/W3137183036
- https://openalex.org/W3171337370