Molekulaarisen kasvibiologian tutkimukset edellyttävät tiedon keräämistä, usein kameroiden avulla kasvien kuvien tallentamiseksi. Kun useita kasveja kasvatetaan samalla alustalla, on tärkeää tallentaa kasveista vertailukelpoisia kuvia analysointia varten. Tähän ratkaisuna toteutettiin opinnäytetyö kameramanipulaattorin toteutuksesta, joka toimii osana molekulaarisen kasvibiologian tutkimusjärjestelmää. Työn toimeksiantajana oli Iontau Oy, ja asiakkaana Turun yliopisto. Järjestelmä tulee käyttöön bioteknologian laitoksen molekulaarisen kasvibiologian yksikön tutkijoille.

Kameramanipulaattori voi liikuttaa kameraa, ja se mahdollistaa kameran tarkan asettamisen kunkin kasvin yläpuolelle vertailukelpoisten kuvien tuottamiseksi. Opinnäytetyön tuloksena oli kameramanipulaattori, joka liikkuu kolmessa suunnassa. Kahdessa sivusuunnassa liikuttaminen mahdollistaa kuvan ottamisen jokaisesta kasvista erikseen, ja korkeussuunnassa liikuttamista käytetään kuvan tarkentamiseen. Kameramanipulaattori myös jäljittää sijaintiaan ja voi tarvittaessa suorittaa sijainnin nollauksen.

Pääpaino sulautetun ohjelmiston kehittämisessä

Vaikka opinnäytetyössä kuvaillaan kaikki kameramanipulaattorin toiminnalliset osat, työn pääpaino oli sulautetun ohjelmiston kehityksessä. Sulautettua ohjelmaa ajetaan mikro-ohjaimella, ja se kommunikoi tietokoneen kanssa ohjatakseen askelmoottoreita kameran liikuttamiseksi.

Käyttäjä voi lähettää käyttöliittymän kautta komennon kameran liikuttamiseen. Komento välitetään tietokoneen USB-sarjaporttiin, johon on kytketty mikro-ohjain. Tiedonsiirtoon tietokoneella hyödynnetään MQTT-protokollaa. Mikro-ohjaimella ajettava sulautettu ohjelma saa komennon ja käsittelee sen, mikä johtaa kameran liikkumiseen ja sijainnin päivittymiseen.

Jos kameramanipulaattori unohtaa sijaintinsa, esimerkiksi sähkökatkon yhteydessä, käyttäjä voi lähettää komennon kameran sijainnin nollaamiseen. Tämä aiheuttaa kameran ajamisen takaisin alkuasentoon, joka on määritetty rajakytkimien avulla.

Automatisointi mahdollistaa uudenlaisia tutkimuksia

Kameramanipulaattori on osa tutkimusjärjestelmää, joka automatisoi kasvien kasvatuksen olosuhteet ja tuottaa tutkimusdataa kasveista. Järjestelmä koostuu useista sulautetuista laitteista. Nämä mahdollistavat reaaliaikaisen data-analyysin, jonka avulla toimilaitteita voidaan ohjata perustuen antureiden mittalukemiin. Järjestelmä tuottaa myös tietokantaan tallennettavaa dataa myöhempää tarkastelua varten.

Kameramanipulaattorin toiminnallisuutta voi esimerkiksi käyttää siihen, että kaapataan kuva jokaisesta kasvista tietyin väliajoin koko tutkimuksen ajan. Näin tuotetusta kuvadatasta voidaan analyysityökalujen avulla päätellä, miten kasvit ovat kehittyneet tutkimuksen aikana. Automatisoidut työkalut helpottavat tutkimustyötä ja mahdollistavat uudenlaisia tutkimuksia, jotka eivät ole ennen olleet mahdollisia.

Lähde:

Lehtinen, H. 2023. Implementation of a camera manipulator – Theseus, Turun ammattikorkeakoulun opinnäytetyö.