Measurement of the mycorrhizal hyphal turnover through soil imaging: Resolving the image analysis bottleneck with AI

通过土壤成像测量菌根菌丝周转：利用人工智能解决图像分析瓶颈

• 批准号: 22K20595
• 负责人: SCHAEFER Holger・Christian
• 金额: $ 1.58万
• 依托单位: Forest Research and Management Organization
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-08-31 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K20595/
• 关键词: 森林炭素循環; 土壌微生物; 菌根菌; 菌糸生産・分解; mycorrhizal fungi; hyphae; soil imaging; image analysis; artificial intelligence

森林土壌における菌根菌の根外菌糸（以下「菌根菌糸」という）のターンオーバーを人工知能(AI)を活用した自動画像分析により解明するため、高解像度の撮影装置とそれにより得られた画像の前処理手法の開発を進めた。具体的には、顕微鏡カメラを、ステップモーターや３Dプリンターで自作したパーツと組み合わせ、土壌断面を走査して細い菌糸でも識別できる4万dpiの撮影装置を作成した。そして、小型コンピュータを用いて撮影装置の操作を自動化した。顕微鏡カメラの被写界深度が小さく、焦点の手動調整が困難であったため、土壌断面とカメラの間の距離を自動調整できるように撮影装置を改良した。顕微鏡カメラを走査して得られた小画像（撮影面積0.85×0.64 mm）を自動的に接合し、接合部分の色などを自動調整して土壌断面全体の集成画像を作成する画像処理プログラムを作成した。撮影装置を土壌内に設置した観測用窓の前で作動させ、土壌断面の高解像度画像の取得に成功した。また、環境要因を観測するため、気温と地温、日射量、土壌水分のセンサーを設置した。

为了通过使用人工智能（AI）的自动图像分析（AI）在森林土壤中阐明菌根真菌（以下称为“菌根菌根菌丝”），我们已经开发了一种高分辨率成像设备，并开发了一种预处理图像，以预测该图像。具体而言，显微镜摄像头与台阶电机或3D打印机制造的零件结合使用，以创建40,000 DPI成像设备，该设备可以扫描土壤横截面以识别薄菌丝。然后使用小型计算机自动化成像设备的操作。由于显微镜摄像头的景深深度很小，并且很难对焦点进行手动调整，因此改进了成像设备，以便可以自动调整土壤部分和摄像机之间的距离。创建了图像处理程序，该程序会自动键入小图像（照片0.85 x 0.64 mm），通过扫描显微镜摄像头获得，并自动调整接头的颜色，以创建整个土壤横截面的收集图像。该照相设备是在安装在土壤中的观测窗口前操作的，并成功获取了土壤横截面的高分辨率图像。另外，安装了温度和地球温度，太阳辐射和土壤水分的传感器，以观察环境因素。

项目成果

菌根菌タイプが異なる林分における菌根菌糸の生産動態

不同菌根真菌类型林分菌根菌丝生产动态

• 发表时间: 2023
• 作者: Takaaki KASUGA;Tsuguyuki SAITO;Hirotaka KOGA;Masaya NOGI;春日貴章;春日貴章;SCHAEFER Holger;SCHAEFER Holger
• 通讯作者: SCHAEFER Holger

コンピュータ制御の顕微鏡を活用した土壌内菌糸の高解像度撮影の実現

利用计算机控制显微镜实现土壤中菌丝的高分辨率成像

• 发表时间: 2023
• 作者: Takaaki KASUGA;Tsuguyuki SAITO;Hirotaka KOGA;Masaya NOGI;春日貴章;春日貴章;SCHAEFER Holger
• 通讯作者: SCHAEFER Holger

Production and decomposition of mycorrhizal hyphae in Japanese cypress plantations

日本扁柏人工林菌根菌丝的产生与分解

• 发表时间: 2022
• 作者: Takaaki KASUGA;Tsuguyuki SAITO;Hirotaka KOGA;Masaya NOGI;春日貴章;春日貴章;SCHAEFER Holger;SCHAEFER Holger;SCHAEFER Holger
• 通讯作者: SCHAEFER Holger