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    使用手持式高光谱相机IQ揭示进化的秘密—在非洲沙漠研究生石花

    发布时间: 2022-01-21  点击次数: 486次

    非洲的最南端的沙漠和半沙漠地区气候干燥少雨,高温,不适合人类居住。但这里却是神奇的植物—生石花的故乡。

    生石花也是来自东芬兰大学的芬兰生物学家Tommi Nyman博士和他的南非同事、来自斯坦林*大学的植物生态学家Allan Ellis教授从进化的角度长期研究的植物。他们选择了IQ高光谱相机来帮助研究。IQ小巧便携、高续航,使它成为野外调查研究的选择,此外高速拍摄的特点也能够出色应对沙漠地区强烈多变的光线。

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    远在天边近在眼前

    在恶劣环境中生存的植物都需要应对动物天敌的保护措施。生石花植物的保护措施在于植株的绝大部分埋于地下,只有肉质叶平整的顶部伸出地表。这使得生石花几乎看不见、找不到。

    但是,问题在于非洲南部的南非、纳米比亚和博茨瓦纳三国的土壤性质存在明显差异,沙砾的颜色多种多样:棕色,灰色,黄色,红色,或几乎全白,颗粒大小也从细沙到大卵石不等。最终会发现某些生石花的后代在砂砾覆盖的地表脱颖而出,这也意味着它们已经身处险境了。

    现在让我们回到150多年前由达尔文和*提出的进化理论的核心:假如生石花个体间顶部的颜色存在差异,假如颜色性状由基因决定、可遗传,那么生石花的颜色和图案将随时间逐渐趋同于当地土壤的视觉属性。

    现代进化论研究中的一个最核心的问题新物种起源中生态特性的作用和地位。此次调查有可能揭开这个问题的冰山一角。假设:生石花属内的表型(颜色)分异是由优化当地选择所驱动。

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    寻找精确颜色测量的工具

    当比较生石花和地表的颜色时,必须进行尽可能真实、精确和客观的颜色测量,这也是高光谱成像的特长所在。

    高光谱相机非常适用于颜色测量,因为它比RGB相机更精确,也比目测更出色,并且能做到完全的客观。高光谱相机使得定义目标的绝对颜色或相对颜色成为可能,例如在LAB彩色空间精度达到E<1,或者相对于与另一目标的相对颜色精度也可达E=0.2。这高于人的颜色感知((E=1),更明显地优于RGB相机(通常只能达到E=8~10的精度)。

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    为什么选择Specim IQ

    接下来,问题的关键在于找到一个能在南部非洲沙漠这样的环境中工作的高光谱相机。这里路途遥远,道路崎岖不平,温度多变夜晚寒冷刺骨,白日闷热难耐;这里沙尘遍地,光线刺眼又瞬息万变。需要找到一个能够克服这些问题的设备。

    你需要一部小巧紧凑、结实耐用,但又能快速、高质量成像的相机。当Tommi Nyman得知Specim IQ时,他就知道这便是他们此次远征科考所需的相机。

    地表崎岖,所以你不想背太大、太重的设备。" Tommi Nyman说道。“Specim IQ是如此的小巧,既方便携带又可在野外使用,用它做我们需要的实验也非常顺手。"

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    IQ的高续航也是一个重要的加分项。因为远征科考队需要在野外露营3-4晚,之后的一天才返回镇上修整、备货,也给电池充电。在野外,我们需要一个只靠一块电池便能工作一整天的相机。" Tommi Nyman介绍说。

    Specim IQ相机能够快速地采集图像数据,当光线剧烈而多变时,这点至关重要。非洲的光线从头顶直直地照射下来,非常刺眼,影子也尖锐浓重。当云朵遮蔽太阳时,光线便会在短时间内急剧地减弱使用IQ你可以针对特定的光线情况设置积分时间,在下一片云朵到来完全改变了光照环境之前快速地完成拍摄。

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    未来?

    现在所有的数据都收集完毕,生石花项目的下一项工作是数据分析。相信不久的将来我们就能看到分析结果。

    但高光谱成像在生态学领域的研究仍大有可为。单单是与生石花类似的颜色性状的相关生态学、生理学研究就是一个广阔的、课题数量庞大的领域。既然IQ如此的便携易用,未来使用它做的生态学的相关研究势必层出不穷。

     

     

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