Die Kamera erfasst die Welt so, wie Tiere sie sehen, mit einer Genauigkeit von bis zu 99 %

By | January 26, 2024

Man vergisst leicht, dass die meisten Tiere die Welt nicht auf die gleiche Weise sehen wie Menschen. Tatsächlich erleben viele Tiere mit Infrarot- und Ultraviolettsicht eine Welt, die für uns völlig unsichtbar ist.

Jetzt haben Wissenschaftler jedoch Hardware und Software entwickelt, die es ihnen ermöglicht, Bilder so aufzunehmen, als wären sie durch die Augen von Tieren wie Bienen und Vögeln gefilmt worden.

Es ist ein faszinierender und aufschlussreicher Einblick in die Natur und das Verhalten von Tieren, und Forscher der University of Sussex und des Hanley Color Lab der George Mason University glauben, dass es vielfältige Einsatzmöglichkeiten haben wird. Aus diesem Grund haben sie die Software als Open-Source-Software bereitgestellt und damit jeden, vom Naturdokumentarfilmer und Ökologen bis zum Outdoor-Enthusiasten und Vogelbeobachter, dazu ermutigt, einen Blick auf die sehr unterschiedliche visuelle Realität dieser Tiere zu werfen.

„Die Art und Weise, wie Tiere die Welt sehen, fasziniert uns schon seit langem“, sagte Hauptautor Daniel Hanley. „Moderne Techniken der Sinnesökologie ermöglichen es uns, Rückschlüsse darauf zu ziehen, wie statische Szenen für ein Tier aussehen könnten; Allerdings treffen Tiere oft entscheidende Entscheidungen über sich bewegende Ziele (das Erkennen von Nahrung, die Bewertung der Darstellung eines potenziellen Partners usw.). Hier präsentieren wir Hardware- und Softwaretools für Ökologen und Filmemacher, die von Tieren wahrgenommene bewegte Farben erfassen und darstellen können.“

Das Kamerasystem ist empfindlich gegenüber (1) UV- und (2) sichtbarem Licht sowie (3) modularem Käfig und (4) Vergrößerungslinse in einer speziell eingebauten Halterung (siehe Pfeil).  Hier ist es auf (5) handelsüblichen Novoflex BALPRO-Faltenbalgsystemen montiert
Das Kamerasystem ist empfindlich gegenüber (1) UV- und (2) sichtbarem Licht sowie (3) modularem Käfig und (4) Vergrößerungslinse in einer speziell eingebauten Halterung (siehe Pfeil). Hier ist es auf (5) handelsüblichen Novoflex BALPRO-Faltenbalgsystemen montiert

Farbe, Tiefe und andere Sehfähigkeiten werden durch die Zusammensetzung der Photorezeptoren unserer Augen sowie anderer biologischer Hardware wie zusammengesetzter Stäbchen und Zapfen bestimmt. Tiere wie Vampirfledermäuse und Mücken können Infrarotlicht (IR) wahrnehmen, während Schmetterlinge und einige Vögel ultraviolettes Licht (UV) sehen können. Beide liegen außerhalb des Farbspektrums, das der Mensch sehen kann.

Dies macht es für Menschen natürlich schwierig, das Verhalten von Tieren vollständig zu verstehen und zu verstehen, wie wir möglicherweise unbeabsichtigt ihre Kommunikationsfähigkeit und die Suche nach Nahrung, Unterkunft oder einem Partner beeinflussen. Bisher war es für uns zeitaufwändig, Ihr Sehvermögen mithilfe von Methoden wie der Spektrophotometrie zu erfassen, abhängig von bestimmten Lichtverhältnissen und war nicht in der Lage, bewegte Bilder aufzuzeichnen.

Und hier unterscheidet sich die neue Entwicklung der Forscher. Die Forscher haben mithilfe der Multispektralfotografie sorgfältig ein Werkzeug entwickelt, das Licht bei mehreren Wellenlängen, einschließlich des IR- und UV-Bereichs, einfängt. Die Kamera zeichnet Videos in vier Farbkanälen auf – Blau, Grün, Rot und UV – die dann verarbeitet werden, um Bilder wie durch die Augen eines bestimmten Tieres zu liefern, basierend auf dem, was wir über seine Augenrezeptoren wissen.

Videoaufzeichnungen können genaue Schätzungen der Quantenerfassungen von Tieren speziell für ihren Sehspektrumsbereich liefern.  In diesem Fall für die Biene (links) und den durchschnittlichen ultraviolettempfindlichen Vogel (rechts)
Videoaufzeichnungen können genaue Schätzungen der Quantenerfassungen von Tieren speziell für ihren Sehspektrumsbereich liefern. In diesem Fall für die Biene (links) und den durchschnittlichen ultraviolettempfindlichen Vogel (rechts)

Das Team entwickelte ein tragbares 3D-gedrucktes Gerät, das einen Strahlteiler enthält, der UV-Licht vom sichtbaren Licht trennt und jeweils von einer speziellen Kamera erfasst wird. Die UV-empfindliche Kamera allein zeichnet keine nennenswerten Daten auf, aber in Kombination mit einer anderen Kamera zeichnen sie gemeinsam hochwertige Videos auf. Algorithmen richten die Bilder aus und präsentieren die Bilder aus der Perspektive verschiedener Tiere. Die durchschnittliche Genauigkeit lag bei 92 %, einige Tests ergaben jedoch 99 % positive Ergebnisse.

Die Hardware wurde so konzipiert, dass sie zu handelsüblichen Kameras passt, und die Forscher stellten die Software als Open Source zur Verfügung, in der Hoffnung, dass andere sie vielleicht an ihre eigenen spezifischen Bedürfnisse beim Filmen von Wildtieren anpassen möchten.

Obwohl es Einschränkungen gibt – es kann kein polarisiertes Licht einfangen und hat eine begrenzte Bildrate, sodass es schwierig wäre, sich schnell bewegende Lebewesen einzufangen – bietet es einzigartige Einblicke, um unser Verständnis des Verhaltens von Tieren zu vertiefen und uns dabei zu helfen, unseren Einfluss auf die Natur zu mildern Welt.

Was die Dreharbeiten betrifft?

Das Team filmte ein Museumsexemplar eines Phoebis philea Falschfarben-Schmetterling mit Vogelempfänger-Lärmgrenzwert (RNL). Die Forscher stellten fest: „Eine weitere potenziell nützliche Anwendung des Systems ist das schnelle Scannen von Museumsexemplaren. Dieser Schmetterling weist eine Pigment- und Struktur-UV-Färbung auf. Helle Magenta-Farben heben vorwiegend UV-reflektierende Bereiche hervor, während violett erscheinende Bereiche ähnliche Mengen an UV- und UV-Strahlung reflektieren.“ langwelliges Licht. Die Probe wird auf einem Ständer montiert und langsam gedreht, um zu zeigen, wie sich die schillernden Farben je nach Betrachtungswinkel ändern.

Wie Vögel Schmetterlinge sehen

Die Anti-Raubtier-Präsentation einer Raupe in APIs (Bienen-)Vision.

„Das Verbergen und Offenlegen von Ansichten kann für die Standardspektroskopie und die Multispektralfotografie ein Problem darstellen“, sagten die Forscher. „Hier zeigen wir ein Video eines schwarzen Schwalbenschwanzes Papilium polyxenes Raupe zeigt ihre Osmeterie. Wir illustrieren dieses Video in falscher Bienenfarbe, sodass die UV-, Blau- und Grün-Quanteneinfänge jeweils als Blau, Grün und Rot angezeigt werden. Gelbe Osmeterien (Mensch) sowie die gelben Flecken entlang des Rückens der Raupe reflektieren stark im UV-Licht und erscheinen magenta, wenn sich die Farben in falsche Bienenfarben ändern (wie die starken Reaktionen in den UV- und grünempfindlichen Photorezeptoren der Biene). Biene sind in Blau bzw. Rot dargestellt). Viele Raupenräuber nehmen UV-Strahlung wahr und daher kann diese Färbung ein wirksames aposematisches Signal sein.“

Wie Bienen Raupen sehen

Bienen suchen nach Blumen und interagieren mit ihnen APIs Vision. Das Team stellte fest: „Das Kamerasystem ist in der Lage, Verhaltensweisen zu erfassen, die natürlicherweise in ihrem ursprünglichen Kontext auftreten. Dies wird durch drei kurze Clips veranschaulicht, die Bienen bei der Nahrungssuche (erster und zweiter Clip) und dem Kampf (dritter Clip) in ihrer natürlichen Umgebung zeigen. werden in falschen Bienenfarben angezeigt (die UV-, Blau- und Grün-Photorezeptorreaktionen der Biene werden jeweils als Blau, Grün und Rot angezeigt).

Wie Bienen Blumen sehen – und andere Bienen

Schließlich schillernde Pfauenfedern durch die Augen von vier verschiedenen Tieren. In diesem Fall seine eigene Spezies, der Pfau, sowie Menschen, Bienen und Hunde.

„Das Kamerasystem kann winkelabhängige Strukturfarben messen, beispielsweise das Schillern“, erklärte das Team. „Dies wird hier durch ein Video eines stark schillernden Pfaus veranschaulicht (Pavo cristatus) Mitleid. Die Farben in diesem Video stellen (A) Pfauen dar Pavo cristatus Falschfarbe, bei der die Quanteneinfänge von Blau, Grün und Rot als Blau, Grün bzw. Rot dargestellt werden und die UV-Strahlung als Magenta überlagert wird. Obwohl es dem Standard-Farbvideo weitgehend ähnelt, ist in den blaugrünen Widerhaken des Ocellus („Augenfleck“) ein UV-Schillern (im Video nach etwa fünf Sekunden erkennbar) zu erkennen. Entlang des Umfangs des Ocellus (zwischen den beiden äußeren grünen Bändern) ist mehr UV-Schillern zu sehen. Interessanterweise ist das Schillern bei Pfauen auffälliger als bei (B) Menschen (Standardfarben), (C) Bienen oder (D) Hunden.

Wie unterschiedliche Tiere Pfauenfedern sehen

Die Studie wurde in der Fachzeitschrift veröffentlicht PLOS-Biologie.

Quelle: University of Sussex über Scimex

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