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使用手持式高光譜相機(jī)IQ揭示進(jìn)化的秘密—在非洲沙漠研究生石花
發(fā)布時(shí)間： 2022-01-21 點(diǎn)擊次數(shù)： 2246次非洲的最南端的沙漠和半沙漠地區(qū)氣候干燥少雨，高溫，不適合人類居住。但這里卻是神奇的植物—生石花的故鄉(xiāng)。
生石花也是來(lái)自東芬蘭大學(xué)的芬蘭生物學(xué)家Tommi Nyman博士和他的南非同事、來(lái)自斯坦林*大學(xué)的植物生態(tài)學(xué)家Allan Ellis教授從進(jìn)化的角度長(zhǎng)期研究的植物。他們選擇了IQ高光譜相機(jī)來(lái)幫助研究。IQ小巧便攜、高續(xù)航，使它成為野外調(diào)查研究的選擇，此外高速拍攝的特點(diǎn)也能夠出色應(yīng)對(duì)沙漠地區(qū)強(qiáng)烈多變的光線。
遠(yuǎn)在天邊近在眼前
在惡劣環(huán)境中生存的植物都需要應(yīng)對(duì)動(dòng)物天敵的保護(hù)措施。生石花植物的保護(hù)措施在于：植株的絕大部分埋于地下，只有肉質(zhì)葉平整的頂部伸出地表。這使得生石花幾乎看不見(jiàn)、找不到。
但是，問(wèn)題在于非洲南部的南非、納米比亞和博茨瓦納三國(guó)的土壤性質(zhì)存在明顯差異，沙礫的顏色多種多樣：棕色，灰色，黃色，紅色，或幾乎全白，顆粒大小也從細(xì)沙到大卵石不等。最終你會(huì)發(fā)現(xiàn)某些生石花的后代在砂礫覆蓋的地表脫穎而出了，這也意味著它們已經(jīng)身處險(xiǎn)境了。
現(xiàn)在讓我們回到150多年前由達(dá)爾文和*提出的進(jìn)化理論的核心：假如生石花個(gè)體間頂部的顏色存在差異，假如顏色性狀由基因決定、可遺傳，那么生石花的顏色和圖案將隨時(shí)間逐漸趨同于當(dāng)?shù)赝寥赖囊曈X(jué)屬性。
現(xiàn)代進(jìn)化論研究中的一個(gè)最核心的問(wèn)題是新物種起源中生態(tài)特性的作用和地位。此次調(diào)查有可能揭開這個(gè)問(wèn)題的冰山一角。假設(shè)：生石花屬內(nèi)的表型（顏色）分異是由優(yōu)化當(dāng)?shù)?/span>選擇所驅(qū)動(dòng)。
尋找精確顏色測(cè)量的工具
當(dāng)比較生石花和地表的顏色時(shí)，必須進(jìn)行盡可能真實(shí)、精確和客觀的顏色測(cè)量，這也是高光譜成像的特長(zhǎng)所在。
高光譜相機(jī)非常適用于顏色測(cè)量，因?yàn)樗?/span>RGB相機(jī)更精確，也比目測(cè)更出色，并且能做到*的客觀。高光譜相機(jī)使得定義目標(biāo)的絕對(duì)顏色或相對(duì)顏色成為可能，例如在LAB彩色空間精度達(dá)到?E<1，或者相對(duì)于與另一目標(biāo)的相對(duì)顏色精度也可達(dá)?E=0.2。這高于人的顏色感知（(?E=1），更明顯地優(yōu)于RGB相機(jī)（通常只能達(dá)到?E=8~10的精度）。
為什么選擇Specim IQ？
接下來(lái)，問(wèn)題的關(guān)鍵在于找到一個(gè)能在南部非洲沙漠這樣的環(huán)境中工作的高光譜相機(jī)。這里路途遙遠(yuǎn)，道路崎嶇不平，溫度多變—夜晚寒冷刺骨，白日悶熱難耐；這里沙塵遍地，光線刺眼又瞬息萬(wàn)變。需要找到一個(gè)能夠克服這些問(wèn)題的設(shè)備。
你需要一部小巧緊湊、結(jié)實(shí)耐用，但又能快速、高質(zhì)量成像的相機(jī)。當(dāng)Tommi Nyman得知Specim IQ時(shí)，他就知道這便是他們此次遠(yuǎn)征科考所需的相機(jī)。
“地表崎嶇，所以你不想背太大、太重的設(shè)備。" Tommi Nyman說(shuō)道。“Specim IQ是如此的小巧，既方便攜帶又可在野外使用，用它做我們需要的實(shí)驗(yàn)也非常順手。"
IQ的高續(xù)航也是一個(gè)重要的加分項(xiàng)。因?yàn)檫h(yuǎn)征科考隊(duì)需要在野外露營(yíng)3-4晚，之后的一天才返回鎮(zhèn)上修整、備貨，也給電池充電。“在野外，我們需要一個(gè)只靠一塊電池便能工作一整天的相機(jī)。" Tommi Nyman介紹說(shuō)。
Specim IQ相機(jī)能夠快速地采集圖像數(shù)據(jù)，當(dāng)光線劇烈而多變時(shí)，這點(diǎn)至關(guān)重要。非洲的光線從頭頂直直地照射下來(lái)，非常刺眼，影子也尖銳濃重。當(dāng)云朵遮蔽太陽(yáng)時(shí)，光線便會(huì)在短時(shí)間內(nèi)急劇地減弱。使用IQ你可以針對(duì)特定的光線情況設(shè)置積分時(shí)間，在下一片云朵到來(lái)*改變了光照環(huán)境之前快速地完成拍攝。
未來(lái)？
現(xiàn)在所有的數(shù)據(jù)都收集完畢，生石花項(xiàng)目的下一項(xiàng)工作是數(shù)據(jù)分析。相信不久的將來(lái)我們就能看到分析結(jié)果。
但高光譜成像在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的研究仍大有可為。單單是與生石花類似的顏色性狀的相關(guān)生態(tài)學(xué)、生理學(xué)研究就是一個(gè)廣闊的、課題數(shù)量龐大的領(lǐng)域。既然IQ如此的便攜易用，未來(lái)使用它做的生態(tài)學(xué)的相關(guān)研究勢(shì)必層出不窮。
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