پیشینه
فنوتیپبندی دقیق و غیرمخرب زعفران در طول رشد رویشی برای بهینهسازی عملکرد بنه و تسریع برنامههای اصلاحی بسیار مهم است، با این حال اندازهگیریهای سیستماتیک سهبعدی به دلیل چالشهای مورفولوژیکی شدید: برگهای بسیار باریک، انسداد متقابل شدید و معماری رشد خوابیده، همچنان دستنیافتنی باقی ماندهاند. سیستمهای تصویربرداری تکمنظره سنتی در چنین شرایطی قادر به تفکیک برگهای منفرد نیستند و تجزیه و تحلیل فنوتیپی را به توصیفگرهای کل سایبان محدود میکنند. در اینجا، ما یک گردش کار فنوتیپبندی سهبعدی تخصصی در سطح اندام ایجاد کردیم که به طور خاص برای برگهای باریک و همپوشانی با استفاده از یک سیستم جمعآوری چرخشی دو دوربینه کمهزینه که با بازسازی استریو چندنمایی ساختار از حرکت (SfM-MVS) متنباز یکپارچه شده است، طراحی شده است.
نتایج
استراتژی دو منظری، خطاهای ناشی از انسداد را در مقایسه با رویکردهای تکمنظره 75 درصد کاهش میدهد و امکان تقسیمبندی قوی در سطح اندام را از طریق یک استراتژی خوشهبندی چند محدودیتی فراهم میکند. اندازهگیریهای خودکار طول و عرض برگ در پنج مرحله رشدی، تطابق فوقالعادهای با مراجع دستی نشان میدهند (R2>0.94، MAPE<6%)، و به معیارهای دقت تعیینشده برای محصولات پهنبرگ با استفاده از سختافزار درجه تجاری با هزینه ۱۰۰ برابر کمتر دست مییابند. تجزیه و تحلیل حساسیت وکسل سیستماتیک در نه مقیاس، پارامترهای پیشپردازش بهینه (اندازه وکسل ۲ سانتیمتر) را شناسایی کرد که دقت اندازهگیری را با کارایی محاسباتی متعادل میکند و به یک شکاف تکرارپذیری حیاتی در فنوتیپبندی گیاهان میپردازد. ردیابی طولی اکتشافی نشان داد که زیستتوده روی زمین با عملکرد نهایی بنه همبستگی دارد (r=0.68، P<0.001)، و حجم تاج پوشش میانی رویشی نیز همبستگی قوی نشان میدهد (r=0.52، P<0.01)، که نشاندهنده بدهبستانهای تخصیص منابع بالقوه بین گسترش رویشی و توسعه اندامهای ذخیرهسازی است.
نتیجهگیری این کار نشان میدهد که فنوتیپبندی سهبعدی در سطح اندام از برگهای باریک و همپوشان با استفاده از سختافزار تصویربرداری کمهزینه و گردشهای کاری روششناختی شفاف قابل دستیابی است. مستندسازی کامل پارامترهای الگوریتمی و مشخصات سختافزاری، امکان تکثیر مستقیم و سازگاری با سایر محصولات باریکبرگ (گندم، برنج، پیاز، ترهفرنگی) را فراهم میکند و دسترسی به فنوتیپبندی با توان عملیاتی بالا را در محیطهای با منابع محدود، دموکراتیک میکند. این گردش کار با نشان دادن اینکه شفافیت روششناختی و مقرونبهصرفه بودن نیازی به فدا کردن دقت اندازهگیری ندارند، فنومی گیاهی را پیشرفت میدهد و راههای جدیدی را برای نقشهبرداری فنوتیپ به ژنوتیپ و اصلاح پیشبینیکننده در محصولات کماستفاده باز میکند.
Background
Precise, non-destructive phenotyping of saffron during vegetative growth is critical for optimizing corm yield and accelerating breeding programs, yet systematic 3D measurements have remained elusive due to extreme morphological challenges: ultra-narrow leaves, severe mutual occlusion, and prostrate growth architecture. Traditional single-view imaging systems fail to resolve individual leaves under such conditions, limiting phenotypic analysis to whole-canopy descriptors. Here, we developed a specialized organ-level 3D phenotyping workflow specifically designed for narrow, overlapping leaves using a low-cost dual-camera rotary acquisition system integrated with open-source Structure-from-Motion Multi-View Stereo (SfM-MVS) reconstruction.
Results
The dual-perspective strategy reduces occlusion-induced errors by 75% compared to single-view approaches, enabling robust organ-level segmentation via a multi-constraint clustering strategy. Automated measurements of leaf length and width across five developmental stages demonstrate exceptional agreement with manual references (R2 > 0.94, MAPE < 6%), achieving accuracy benchmarks established for broad-leaved crops using commercial-grade hardware at 100 × lower cost. Systematic voxel sensitivity analysis across nine scales identified optimal preprocessing parameters (2 cm voxel size) balancing measurement precision with computational efficiency, addressing a critical reproducibility gap in plant phenotyping. Exploratory longitudinal tracking revealed that above-ground biomass was correlated with final corm yield (r = 0.68, P < 0.001), with mid-vegetative canopy volume also showing strong correlation (r = 0.52, P < 0.01), suggesting potential resource allocation trade-offs between vegetative expansion and storage organ development.
Conclusions
This work demonstrates that organ-level 3D phenotyping of narrow, overlapping leaves is achievable using low-cost imaging hardware and transparent methodological workflows. Complete documentation of algorithmic parameters and hardware specifications enables direct replication and adaptation to other narrow-leaved crops (wheat, rice, onion, leek), democratizing access to high-throughput phenotyping in resource-limited settings. The workflow advances plant phenomics by demonstrating that methodological transparency and cost-effectiveness need not compromise measurement precision, opening new avenues for phenotype-to-genotype mapping and predictive breeding in underutilized crops.
- عنوان: فنوتیپبندی سهبعدی زعفران در سطح اندام با استفاده از یک گردش کار کمهزینه با دو دوربین
- Title: Organ-level 3D phenotyping of saffron using a low-cost dual-camera workflow
- Authors: Xulong Huang, Huajuan Jiang, Xuanting Wan, Cuiping Chen, Wei Nie, Tao Zhou, Jin Pei & Cheng Peng
- URL: https://link.springer.com/article/10.1186/s13007-026-01505-w
- DOI URL: https://doi.org/10.1186/s13007-026-01505-w
- عنوان مقاله: کشت و اصلاح تولید
- محور مقاله: تکنیک نوین
- نام ژورنال: Plant Methods
- افیلیشن نویسنده مسئول: School of Pharmacy, Chinese Medicine Germplasm Resources Innovation and Effective Uses Key Laboratory of Sichuan Province, Key Laboratory of Standardization of Chinese Medicine, Ministry of Education, Chengdu University of Traditional Chinese Medicine, Chengdu, Sichuan, 611137, People’s Republic of China
- ایمیل نویسنده فقط برای کاربران ورود / عضویت
- سال انتشار مقاله: 2026
- زبان: انگلیسی
- کشور: چین
- کد مقاله: 30974
- کلمات کلیدی فارسی: زعفران (Crocus sativus L.), فتوگرامتری, بازسازی سه بعدی, ساختار از حرکت (SfM), استریو چندنمایی (MVS), تقسیم بندی در سطح اندام, تصویربرداری کم هزینه, آنالیز فنوتیپی
- کلمات کلیدی انگلیسی: Saffron (Crocus sativus L.), Photogrammetry, 3D reconstruction Structure-from-motion (SfM), Multi-view stereo (MVS), Organ-level segmentation, Low-cost imaging, Phenotypic analysis
- لینک کوتاه: https://wikisaffron.org?p=30974