Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

قياس مكانيا-وإتجاهي-متفاوتة تشتت الضوء من المادة البيولوجية

Published: May 20, 2013 doi: 10.3791/50254
Automatic Translation
1, 2,3, 4
1Department of Biomedical Science, Cornell University, 2Department of Ecology and Evolutionary Biology, Cornell University, 3Cornell University Museum of Vertebrates, 4Department of Computer Science, Cornell University

Summary

فإننا نقدم وسيلة غير مدمرة لأخذ العينات التباين المكاني في اتجاه الضوء المتناثرة من المواد المعقدة هيكليا. عن طريق الحفاظ على المواد سليمة، ونحن الحفاظ على السلوك على نطاق ونثر الإجمالي، في حين اسر بالتزامن المساهمات الاتجاه على نطاق وغرامة مع التصوير عالية الدقة. النتائج هي تصور في مجال البرمجيات في المواقف والمقاييس البيولوجية ذات الصلة.

Abstract

ضوء يتفاعل مع إهاب أحد الكائنات الحية على مجموعة متنوعة من المقاييس المكانية. على سبيل المثال في الطيور قزحي الألوان: هياكل نانو النطاق إنتاج الألوان؛ هيكل على نطاق وملي من انتقادات لاذعة وbarbules يحدد إلى حد كبير نمط اتجاهي الضوء المنعكس، ومن خلال الهيكل المكاني على نطاق الماكرو من التداخل، والريش المنحنية، وهذه الآثار اتجاهي خلق الملمس البصري. الآثار على نطاق وملي وعلى نطاق الماكرو تحديد مكان على جسم الكائن الحي، وعما وجهات النظر وتحت أي إضاءة، وينظر إلى الألوان قزحي الألوان. وهكذا، فإن فلاش الاتجاه للغاية من الألوان الرائعة من الحلق قزحي الألوان من الطائر الطنان ويفسر كاف من قبل هيكل مقياس النانو وحدها وتبقى الأسئلة. من نقطة مراقبة معين، الذي العناصر على نطاق وملي من الريش موجهة لتعكس بقوة؟ هل بعض الأنواع إنتاج أوسع "ويندوز" لمراقبة التقزح اللوني من غيرها؟ هذه الأسئلة وأمثالها مأن يطلب AY عن أي الكائنات الحية التي تطورت مظهرا خاصا للإشارات، والتمويه، أو لأسباب أخرى السطح.

من أجل دراسة أنماط الاتجاه من تشتت الضوء من الريش، وعلاقتها على نطاق وملي التشكل الطائر، وضعنا بروتوكولا لقياس الضوء المتناثرة من المواد البيولوجية باستخدام العديد من الصور الفوتوغرافية عالية الدقة اتخذت مع اختلاف الإضاءة وعرض الاتجاهات. منذ نقيس الضوء المتناثرة بوصفها وظيفة من اتجاه، يمكننا أن نلاحظ أن السمات المميزة في توزيع اتجاهي الضوء المتناثرة من أن ريشة خاصة، ولأن يتم حل انتقادات لاذعة وbarbules في صورنا، يمكننا أن نعزو بوضوح ملامح الاتجاه إلى هذه مختلفة هياكل على نطاق والملة. الحفاظ على عينة سليمة يحافظ على السلوك نثر واسعة الإجمالي ينظر في الطبيعة. الطريقة الموضحة هنا يمثل بروتوكول معمم لتحليل مكانيا وإتجاهي-VArying تشتت الضوء من مواد بيولوجية معقدة على مستويات هيكلية متعددة.

Introduction

لون ونمط من إهاب الكائن الحي لعب بيئيا وظائف حرجة اجتماعيا في معظم الأنواع الحيوانية. ويتم تحديد هذه الخصائص المظهرية بواسطة تفاعل الضوء مع هيكل إهاب، التي يمكن أن تظهر نثر البصرية التي تختلف مكانيا (عبر السطح من إهاب) وإتجاهي (مع تغيير في الإضاءة وعرض اتجاه). في المواد البيولوجية المعقدة، مثل الريش، ويتأثر اتجاه تشتت الضوء من قبل التوجه من تكرار الهندسة على نطاق والملة. هذه الهياكل على نطاق ملي أنفسهم قد تكون جزءا لا يتجزأ مع هياكل نانو النطاق، مثل صفائف الميلانين، التي ترث كثيرا ما توجه على نطاق والملة. من النانو إلى ماكرو موازين، تطورت بنية إهاب وظيفيا لزيادة القدرة يشير الكائن الحي. من أجل تقييم تأثير مورفولوجية جداول مختلفة على المظهر العام، وأدوات لقياس وتحليل اللون من الهياكل البيولوجية يحتاجون إلى المرونة لعزل تشتت الضوء اتجاهي على مستويات مختلفة من التكبير.

قمنا بتطوير أدوات قياس الصورة القائمة على دراسة كيفية أداء معقدة ومتنوعة مورفولوجيا واسعة ملي ريشة في (رامي اذع، barbules البعيدة، وbarbules الداني) يوسع نطاق التعبير ممكن من هياكل نانو النطاق وحده. في صورة واحدة التي سجلتها الكاميرا، لاحظنا أن الضوء الذي ينعكس بشكل مختلف في مواقع مختلفة على سطح ريشة، وهذا هو، وكان الانعكاس ضوء مكانيا متفاوتة. عندما انتقلنا ضوء وكاميرا الاتجاه فيما يتعلق ريشة، لاحظنا تغيير الانعكاس، وهذا هو، انعكاس الضوء وإتجاهي متفاوتة 1. بعد هذه الملاحظات، قمنا بتصميم بروتوكول للتحرك بشكل منهجي الضوء والكاميرا حول هذا الموضوع باستخدام العملاقة كروية 2،3، التي ألقينا القبض على 2 الأبعاد من سوموقف rface (X و Y)، 2 أبعاد اتجاه الضوء (خطوط الطول والعرض)، و 2 أبعاد اتجاه الكاميرا (خطوط الطول والعرض) (الشكل 2). في برنامج اكتشفنا بصريا الأبعاد 6 من الضوء المتناثرة بوصفها وظيفة للموقف، اتجاه الإضاءة واتجاه العرض.

الأبحاث السابقة في الانعكاس من integuments وكثيرا جدا خصم مساهمة اتجاهها - على سبيل المثال انعكاس منتشر مقابل المرآة أو الخواص مقابل متباين الخواص - إلى التعبير اللون. معظم قياسات لون وإصلاح الضوء الساقط، وجوه، والهندسة المشاهدة لتجنب بعناية آثار اتجاهي. على سبيل المثال، للقضاء على انعكاس براق من القياسات اللون، فمن الشائع أن تضع الضوء الطبيعي إلى السطح وتسجيل الانعكاس في 45 درجة من العادي. تركز الدراسات أن تفعل التشكل تصل إلى الانعكاس إتجاهي متفاوتة عادة على مقياس النانووعواقبه قزحي الألوان 4-8. قليلة النظر في مساهمة، الصغرى ملي، وهندستها على نطاق الماكرو إلى توقيع البصرية بعيدة الميدان 8-11. ولذلك فمن الشائع أن توظف ضوء كاشف على الانعكاس الكلي في منطقة واحدة من الفوائد التي قد تشمل عدة ملي و / أو على نطاق الماكرو المكونات، مثل رامي اذع، barbules، وحتى الريش كامل 6،8،11-17 . عندما المنطقة من الفائدة هو إما أصغر من قرار الحد من كاشف أو لا يتوافق مع شكل حقل للكشف عن وجهة نظر، يحدد بروتوكول مشترك تشريح العينة لعزل تشتت الضوء من عنصر معين على نطاق وملي 8،10 ، 13،15.

وقد وضعنا بروتوكولا أكثر شمولا لاقتناء القياس والتصور بأن تشجع الاستكشاف من العديد من المتغيرات غالبا ما يتم تجاهلها في الدراسات الأخرى أكثر تركيزا. نقيس تشتت الضوء على مجال الاتجاهات وأكروسالمنطقة SA من الفضاء باستخدام مجموعة هائلة من مدى ديناميكية عالية، والصور عالية الدقة مأخوذة من مجموعة منتظمة من الضوء والاتجاهات المشاهدة. نحن توظيف التصوير الاستشعار عالية الدقة مع مجموعة 2D من أجهزة الكشف عن بكسل على نطاق وغرامة. تجميع في الأجهزة يحدث على مستوى بكسل، على نطاق أصغر من العناصر على نطاق وملي نحن قياس. A المجاميع المرحلة الثانية حدات البكسل الفردية في البرنامج كما يقوم المستخدم بتحديد شكل وحجم المنطقة من الفائدة. وفقا لذلك، مجموعة قياس واحد يمكن تحليلها بشكل متكرر في البرنامج لاستكشاف الجوانب المختلفة للتفاعل الضوء مع المواد في عدة مناصب والمقاييس البيولوجية ذات الصلة. من خلال القضاء على تشريح وقياس ريشة كامل، بروتوكول لدينا لديه ميزة من ترك مورفولوجية ريشة ريشة سليمة، والإبقاء على سياق طبيعي وظيفة وهذا هو، التفاعلات الضوء بين التأسيسية العناصر على نطاق والملة.

تشتت الضوء من العضوي لياليtructure هو متعدد الأبعاد ويصعب قياسها كميا. لا يمكن حتى الآن أن يعزى قياس تشتت الضوء 6D إلى التشكل محددة ضمن التسلسل الهرمي للنطاق مع أي صك المفرد. لكننا حققنا خطوة هامة في هذا السعي. وضعنا أداة تشمل ثلاث طرق تكميلية - الانعكاس أخذ العينات باستخدام العملاقة، واستكشاف كميات كبيرة من البيانات في مجال البرمجيات، وتصور مجموعات فرعية البيانات بيانيا - لتوسيع قدرتنا على قياس تشتت الضوء 6D في أي نقطة على المواد، وصولا الى على نطاق والملة. كما تستخدم بروتوكولات مثل بلدنا، نتوقع أن علماء الأحياء تحديد عدد لا يحصى من الصفات إتجاهي ومكانيا متفاوتة والتكييف الهيكلي المقابلة في مستويات متعددة من التنمية. باستخدام أدواتنا ونحن منخرطون في وصف المحتملة يشير التعبير اتجاهي والمكانية للهياكل على نطاق والملة، ونأمل أن تسلط الضوء على العواقب على التكيف. نتناول مجموعة من الأسئلة، مثل: منY تعطى نقطة مراقبة، الذي العناصر على نطاق والغرامة أو مناطق واسعة الإجمالي للريشة تعكس بقوة؟ كيف توجه العناصر على نطاق وغرامة التأثير في اتجاه الضوء المتناثرة؟ ما هي الشروط الشكلية إنتاج لمعان حريري مقابل التألق مطرزة من زخرفة قزحي الألوان؟ هل بعض الأنواع إنتاج أوسع "ويندوز" لمراقبة التقزح اللوني من غيرها؟ قد يطلب هذه الأسئلة حول الطيور وريشها ولكن أيضا عن أي الكائنات الحية الأخرى التي تطورت مظهرا خاصا للإشارات، والتمويه، أو لأسباب أخرى السطح.

Protocol

عند استخدام أساليب عملنا لقياس عينة، يجب المجرب اتخاذ قرار بشأن مجموعة من الكاميرا والاتجاهات ضوء، ولكل مجموعة من الاتجاهات الكاميرا والضوء، وكاميرا يجعل التعرض عدة مع سرعات مصراع مختلفة. يتطلب تحريك الكاميرا معالجة إضافية، لأنه يغير وجهة نظر عينة كما رأينا في الصورة، لذلك نحن عادة استخدام عدد قليل من الاتجاهات كاميرا وعدد أكبر من الاتجاهات مصدر الضوء.

في بروتوكولات مفصلة أدناه، علينا أولا وصف كيفية إجراء قياس مع العديد من الاتجاهات مصدر الضوء واتجاه كاميرا واحدة، وكيفية معالجة البيانات الناتجة (البروتوكول 1) وتصور. في البروتوكول الأساسي، والتي يمكن استخدامها في حد ذاته عندما عرض واحد يكفي لمراقبة الظواهر التي تجري دراستها، ونحن دائما على عرض عمودي الكاميرا إلى عينة (الروتينية الابتدائية في الشكل 1). عندما يطلب الاتجاهات كاميرا متعددة،يمكن أن تنتج المشاهدات منحرف من العينة يكون مشوه للتراجع عن آثار تحريك الكاميرا، وبالتالي لمحاذاة الصور بالضبط مع وجهة النظر عمودي الكنسي. لحساب هذه الإعوجاج، ونحن أداء الخطوات معايرة إضافية التي تستخدم الملاحظات من الأهداف وضعت حول العينة لتحديد بدقة حركة الكاميرا بالنسبة للعينة. بروتوكول 2 تفاصيل هذا الإجراء معايرة ويشرح كيفية اختيار المعلمات وتشغيل بروتوكول 1 عدة مرات لجمع البيانات من وجهات نظر متعددة (الروتينات الثانوية في الشكل 1). وأخيرا، بروتوكول 3 تفاصيل الخطوات الإضافية التي يجب إدراجها في البروتوكول 1 لتصحيح وجهات النظر منحرف أثناء معالجة البيانات.

1. قياس الضوء المتناثرة في اتجاه سطح عادي أكثر من مجال الاتجاهات حادثة (الروتينية الابتدائية في الشكل 1)

  1. إعداد وجبل الكائن إلى أن تقاس
    1. إعداد الحديدية وحة التركيب معدنية رقيقةمع فتحة بوصة ½ محاطة بحلقة من الأهداف (كما رأينا في الشكل 2).
    2. إعداد المواد التي سيتم قياسها. إذا قياس ريشة، العريس انتقادات لاذعة لتصحيح أي أقسام محلول أو المنحرفة للريشة pennaceous.
    3. وضع سطح الجسم (الوجه الوجه من الريش) ضد الجانب الخلفي (مقابل خاتم الهدف) من لوحة.
    4. مركز المنطقة من الفوائد على فتحة بوصة ½ في لوحة.
    5. وضع ورقة من فيلم المغناطيسي مع فتحة 5/8-inch ضد الجانب الخلفي من الجسم (الوجه العكسي للريشة)، وبالتالي الضغط على كائن مسطح ضد لوحة.
    6. محاذاة فتحة من الفيلم إلى الفتحة من لوحة من دون قص السطح. سطح بالارض، معقود حول محيط فتحة دائرية، تعطي مستو سطح الماكرو تتزامن تقريبا مع سطح اللوحة ل.
  2. تكوين عملاق
    1. تحديد موقعوسط الفتحة الدائرية في أصل نظام الإحداثيات العملاقة.
    2. ضع مصدر الضوء على الذراع الخارجي العملاقة. تهدف وتركز بشكل ضيق الضوء في الكائن، وضمان أن فتحة مضاءة بشكل موحد لجميع الزوايا مصدر الضوء.
    3. وضع الكاميرا على ذراع الداخلية العملاقة. ضبط المسافة الكاميرا والبعد البؤري للعدسة الماكرو حتى حلقة من الأهداف يملأ عرض من أجهزة الاستشعار.
    4. معايرة الحركات الدورانية (θ، φ) للكاميرا والأسلحة مصباح. معايرة الميل (θ) فيما يتعلق سطح الكائن العادي بحيث الكاميرا ومصباح تتماشى مع السطح العادي عندما θ = 0. معايرة السمت (φ) من الكاميرا إلى السمت من المصباح. التوجه السمتي المطلقة ليست حرجة منذ الصور التي تم التقاطها قد تكون استدارة في وقت لاحق البروتوكول.
  3. تكوين بؤرة الكاميرا والتعرض
    1. لائحة مناوبةالشركة المصرية للاتصالات وينظر للكاميرا حتى الكائن في زاوية الرعي. إنقاص العدد و لتقليل عمق الميدان (شعبة الشؤون المالية)، ثم تعيين الطائرة التركيز في وسط الفتحة. زيادة العدد و لزيادة DOF حتى خاتم من الأهداف المحيطة الفتحة هو في التركيز. قد تكون هناك حاجة إلى حل وسط بين الحيود وDOF التي يسببها طمس.
    2. مقطع معيار اللون مسطحة ضد لوحة التركيب. للصور RGB استخدام مدقق اللون ماكبث. لقياس الأشعة فوق البنفسجية المرئي NIR استخدام Spectralon.
    3. تصوير عادي اللون في شكل الخام. حساب قناة مضاعفات اللون لتوازن اللون الأبيض في الصورة.
    4. العثور على قوس التعرض الذي يمتد النطاق الديناميكي للمشهد تحت عرض الأكثر تطرفا والاتجاهات الإضاءة.
    5. في كل مرة تعرض في قوس، والحصول على صورة الضوضاء الظلام من خلال تعريض أجهزة الاستشعار مع غطاء العدسة على.
  4. الحصول على قياسات من كرة عينات متناثرة من الاتجاهات الحوادث
    1. ضع محور الكاميرا العادي إلى الطائرة سطح {θ، φ} = {0،0}.
    2. الخطوة الضوء من خلال سلسلة من المواقف وزعت بشكل موحد على الكرة، وذلك باستخدام عينة الخشنة (مثل أقل من 500 نقطة).
    3. لكل اتجاه الضوء الساقط في أخذ العينات:
    4. التقاط صورة الخام في كل مرة تعرض في قوس التعرض.
    5. التقاط صورة واحدة مضاءة بواسطة الكاميرا محمولة على فلاش متزامنة إلى وقت التعرض القصير نسبيا لقمع إضاءة مصباح العملاقة.
    6. تقدم إلى الحادث التالى اتجاه الضوء، وتكرار.
  5. القياسات العملية من المجال عينات متناثرة
    1. باستخدام التصحيح (وثيقة) طريقة DCRAW لتعطيل وظيفتها demosaicing، تحويل من صيغة RAW إلى اللون الرمادي، 16 بت، خطي، شكل PGM:
      1. كل التعرض للضوضاء الظلام.
      2. كل تعرض للكائن في كل اتجاه الضوء الساقط.
        3. </ OL>
      3. دمج كل مجموعة ديناميكية منخفضة (LDR) التعرض اللون الرمادي تحت العملاقة مصباح الإضاءة في مجموعة ديناميكية عالية واحدة (HDR) صورة ملونة لكل اتجاه الضوء الساقط.
        1. طرح المقابلة صورة الضوضاء الظلام من كل تعرض LDR.
        2. Demosaic كل LDR التعرض لتسفر عن صورة مقياس ربع.
        3. توازن اللون الأبيض كل تعرض LDR باستخدام قناة مضاعفات اللون حسابها في 1.C.3 الخطوة.
        4. دمج داكنة الضوضاء طرح LDR التعرض إلى صورة HDR واحدة عن طريق جمع كافة القيم في كل موقف بكسل وقسمة الناتج على مجموع مرات التعرض، وحذف تعريض بكسل من كل المبالغ.
        5. مخزن HDR الصورة في شكل EXR المشفرة في الدقة نصف تعويم وضياع المويجات (PIZ) ضغط.
      4. إذا كان اتجاه الكاميرا ليست في الاتجاه الكنسي أو على المدى القياس هو جزء من عدة مجموعة اتجاه الكاميرا (الروتينات الثانوية في الشكل 1البروتوكول الثاني 2):
        1. تحويل احد التعرض LDR اللون الرمادي من الأهداف تتبع فلاش مضيئة لكل اتجاه الضوء الساقط على، مقياس ربع demosaiced، LDR صورة ملونة في شكل EXR.
        2. اتبع بروتوكول 3 إلى استخدام الصورة فلاش مضيئة لاسقاطي تحويل كل HDR صورة مصباح مضيئة في طريقة العرض الكنسي.
      5. تدوير الصور HDR في الاتجاه المطلوب - على سبيل المثال في حالتنا 90 ° يوجه دوران عموديا فقري وغيض ريشة المباراة.
      6. اقتصاص الصور HDR بإحكام حول فتحة دائرية. اخفاء الأهداف وصفيحة معدنية خارج الفتحة يقلل من حجم الملف بنسبة تصل إلى 25٪.
      7. بدل ترتيب كذا البيانات في مجموعة كاملة من الصور HDR لإنشاء مجموعة من الملفات، واحد لكل من عدة كتل في الصورة، التي تحتوي على جميع القيم انعكاس الاتجاه الذي نظمته بكسل. ويتم تنظيم هذه الملفات مخبأ الانعكاس الاتجاه لتمكين الوصول السريع إلىليرة لبنانية القياسات لون اتجاهي في موضع بكسل واحد لإسقاط 2D للكائن 3D.
    2. تصور مكانيا متفاوتة تشتت الضوء عبر التسلسل الهرمي للمقياس
      1. لتصفح القياسات، واستخدام التطبيق SimpleBrowser مخصصة لتفسير البيانات التي تتم معالجتها في 1.E. خطوة SimpleBrowser يفتح نافذة تحتوي على صورة ريشة تنيره أول حادث اتجاه الإضاءة.
      2. على صورة ريشة ريشة، بكسل أو مجموعات من وحدات البكسل في ترتيبات خطية أو مستطيلة الفردية يمكن اختيار (الشكل 3). المضي قدما من خلال تحديد منطقة مستطيلة من ريشة ريشة للتحليل. ثم، رسم متوسط ​​تشتت الضوء اتجاهي من المنطقة المحددة. نافذة مؤامرة يظهر الانعكاس بوصفها وظيفة من جيب التمام اتجاه يفتح المجاورة لنافذة الصورة (R1 في الشكل 4).
      3. افتراضيا، اتجاه الأقصى الإنارة (اتجاه النفاذية في تايقياس ريشة pical) تم تعيينه كشفا عن 1. إنقاص أو زيادة التعرض في نصف محطة واحدة (√ 2 ×) زيادات لضبط التعرض للخريطة ملونة الانعكاس.
      4. دورة خريطة ملونة الانعكاس بين الإنارة، RGB، واللونية (انظر R1، R2، وR3 في الشكل 4). للخطوات التالية تستخدم RGB.
      5. لتدوير المجال، اضغط عليها لتمكين واجهة كرة التتبع. اسحب واجهة للتسبب دوران. لعرض نصف الكرة الانعكاس، والعودة المجال إلى موضعه الافتراضي (انظر R2 في الشكل 4). تناوب المجال 180 درجة من موضعه الافتراضي لعرض نصف الكرة النفاذية (انظر T2 في الشكل 4).
      6. لرأي آخر من البيانات، وتحديد وضع مؤامرة القطبية لقياس نصف قطر من كل اتجاه على كرة الوحدة من قبل القيم الإنارة كل منها. تغيير خريطة ملونة للكرة تحجيم الإنارة من RGB إلى اللونية (انظر P3، F3، S3، A3 في الشكل (4)
      7. وحلقت في اتجاه إضاءة الصورة المعروضة باللون الأحمر في مؤامرة نثر الاتجاه (الشكل 4). انقر فوق أية حادثة أخرى اتجاه الإضاءة لإظهار صورة من الريش مضيئة من هذا الاتجاه.
      8. إنقاص أو زيادة التعرض من الصورة لتكشف مرارا وتعرض للمناطق.
      9. للتحقيق الانعكاس عبر تسلسل هرمي للجداول، واستعادة وضع مؤامرة لكرة الوحدة وخريطة ملونة إلى RGB. في الاستعراض، يعرض هذه المؤامرة متوسط ​​الانعكاس الاتجاه من منطقة مستطيلة مختارة على الصورة.
      10. تغيير نوع اختيار من مستطيلة إلى الخطية (الشكل 3). وهذا سوف يسمح دراسة الانعكاس الاتجاه من هياكل على نطاق وغرامة الفردية في منطقة مستطيلة.
      11. رسم الانعكاس من متوسط ​​خطي في نافذة جديدة مع الحفاظ على متوسط ​​مستطيلة لتكون مرجعا. ضبط التعرض للضوء ومجموعة خريطة ملونة إلى RGB.
        12. (الشكل 8). اختر واحدا من الاتجاهات الإضاءة في المؤامرة خطي لعرض barbules القاصي عاكسة في الصورة على اليمين.
      12. الخطوة السطر نحو غيض من الريش حتى تصل إلى المنطقة من الريش حيث فرع barbules القريبة من رامي المجاورة. في متوسط ​​مؤامرة خطي ينظر إلى barbules الداني لتعكس الضوء في الاتجاهين الرأسي (الشكل 8). اختر واحدا من الاتجاهات لعرض barbules الداني عاكسة في الصورة على اليمين.
      13. في المؤامرة الخطية، ومراقبة الهياكل على نطاق والغرامة التي تعكس الضوء في الاتجاهين الأفقي والرأسي تجمع بين لانتاج إشارة بعيدة الميدان ينظر في مؤامرة مستطيلة.

    2. قياس الضوء المتناثرة في الاتجاهات كاميرا متعددة (الروتينية الثانويةق في الشكل 1)

    المشاهدات كاميرا متعددة وأخذ العينات اتجاهي غير موحدة تسمح لنا لدراسة السمات الخاصة للانعكاس الاتجاه. مع إضافة خطوات المعايرة 2.A و2.B، بروتوكول 1 تم توسيع للتعامل مع وجهات نظر متعددة الكاميرا. يتم تعيين اثنين من أمثلة محددة توضح بيانيا كما الروتينات الثانوية الثاني ألف والثاني باء في الشكل 1 إلى الأمام في خطوات 2.C و2.D أدناه. في مثل هذه الحالات، يتم تبديل اتجاه الكاميرا من اتجاهه الكنسي (عادي إلى السطح)، وهذا يعني أن الكائن تصويرها من اتجاه يميل من الطبيعي سطحه. منذ يجب أن يتم تعيين الصور في نظام إحداثيات نفسه، ونحن تصحيح وتشوه كل صورة لتتناسب مع التوجه الكنسي عن طريق الرجوع إلى الأهداف فلاش للتصوير المحيطة العينة (الشكل 9).

    1. معايرة الكاميرا الإسقاط والموقع:
      والغرض من هذه الخطوات هي لحساب مسقطة كاميراection وموقف المستخدمة في تحويل الصورة.
      1. مقطع هدفا معايرة المدقق نقوش شقة ضد لوحة التركيب.
      2. التقاط صورة واحدة في عرض الكاميرا الكنسي (أي {θ، φ} = {0،0}) والعديد من الصور في مختلف وجهات النظر الأخرى كاميرا موزعة على شكل مخروط 120 درجة تركز على وجهة النظر الكنسي.
      3. تحميل الصور في Bouguet أدوات ب، وكاميرا MATLAB أدوات المعايرة. استخراج زوايا الشبكة في كل من الصور لإعادة بناء مصفوفات الكاميرا. تصدير إسقاط الكاميرا الذاتية مصفوفة (P) وموقف كاميرا خارجي مصفوفة (M). وتتألف الكاميرا الإسقاط لا يتجزأ من البعد البؤري والنقطة الرئيسية. ويتكون موقف كاميرا خارجي في المقام الأول من الترجمة، بل يترجم أصل العالم إلى موضع الكاميرا.
      4. حل للمصفوفة التي تحول إحداثيات المعايرة المستهدفة إلى الهزال أسطوانات إحداثيات (X)، أي Bougueر الفضاء لعملاق الفضاء.
      5. قم بفك نمط المدقق من لوحة معدنية.
    2. معايرة المراكز المستهدفة والمنحنيات الإسقاط:
      والغرض من هذه الخطوات هو لحساب إزاحة بين الطائرة والمعايرة، والطائرة المستهدفة، والعينة، وتحديد المواقف المستهدفة.
      1. تدوير الكاميرا في العملاقة ينسق بحيث المحور البصري هو عمودي على طائرة سطح، أي إطار قانوني.
      2. التقاط صورة من حلقة من الأهداف المحيطة الفتحة مع إضاءة فلاش. هذه هي الصورة الكنسي للمحاذاة الصورة.
      3. معالجة إخراج الكاميرا الخام (بروتوكول الموضحة في الخطوات 1.E.3.a. و1.E.4).
      4. قناع المنطقة داخل وخارج المنطقة المستهدفة حلقة، والقضاء على أبرز براق الضالة التي قد تخلط بين الاعتراف الهدف، ثم العثور على أهداف في الصورة.
      5. تناوب الكاميرا إلى زاوية الرعي والتقاط صورة.
      6. حساب الكنسي جاميرة تشكل (MC = M * RC) والكاميرا زاوية الرعي تشكل (المغنيسيوم = M * غ) استنادا إلى كاميرا خارجي مصفوفة M في 2.A.3 الخطوة. والذي يتضمن ترجمة على أساس الموقف من هذا النمط مدقق Bouguet.
      7. إعادة تعريف M عن طريق تعويض ترجمتها من قبل سمك الورق الهدف الدائري. تكرار عن طريق التجربة والخطأ (إعادة حساب M باستخدام مختلف تعويض عن الطائرة معايرة) حتى الإزاحة في الفضاء العملاقة بين الطائرة من الشطرنج Bouguet والطائرة من عصابة من الأهداف، أي سمك الورق الهدف الدائري، وقد تم حلها. تحقق الإزاحة في كل تكرار من قبل بإعادة إسقاط الأهداف في صورة زاوية الرعي على الأهداف من الصورة الكنسي.
      8. إعادة تعريف M باتباع الإجراء من الخطوة السابقة لإعادة إسقاط الكائن apertured في الصورة زاوية الرعي على الكائن apertured في الصورة الكنسي عن طريق التجربة والخطأ حتى الإزاحة في الفضاء العملاقة بين الطائرة من عصابة من الأهداف والطائرة سو قد تم حلها الكائن apertured، أي سماكة من لوحة معدنية،.
    3. قياس سبعة نصفي الكرة الانعكاس عينات غير موحد (الثاني ألف الروتينية الثانوية في الشكل 1)
      1. دراسة توزيع اتجاهي من الضوء الذي ينعكس قياس من عرض الكاميرا العادية إلى السطح، أي {θ، φ} = {0،0} كما هو موضح في البروتوكول 1. إعادة تشكيل نصف الكرة الانعكاس لتسجيل وهج الكاميرا من الاتجاهات غير براق أكثر قليلة والاتجاهات براق أكثر كثافة.
      2. تطبيق نفس المعايير لأخذ عينات من الانعكاس في 6 اتجاهات كاميرا إضافية موزعة بشكل متجانس أكثر من نصف الكرة الأرضية، أي {θ، φ} = {30،0}، {30،90}، {60،0}، {60،45} ، {60،90}، {60135}. التنبؤ المناطق براق من 6 أشواط إضافية من اتجاه عرض كل جانب زاوية انعكاس على المدى الأولية.
      3. لكل من 7 غير موحدةلاي نصفي الكرة الأرضية عينات، واكتساب ومعالجة القياسات التالية الإرشادات في الخطوات 1.D. و1.E. أعلاه.
      4. تصفح بصريا الانعكاس الاتجاه من نفس المنطقة من الريش في كل من 7 غير موحد نصفي الكرة الأرضية عينات، باتباع الإرشادات الموجودة في 1.F. خطوة أعلاه. ترتيب المؤامرات الانعكاس اتجاهي لكل من الاتجاهات كاميرا 7 على نظام الإحداثيات القطبية، حيث يستند وضع كل قطعة في اتجاه الكاميرا الخاصة به (انظر نتائج البصرية من الثاني ألف الروتينية في الشكل 1؛ أيضا الشكل 5).
    4. قياس ناعما عينات مسارات نصف دائري للحصول على معلومات مفصلة حول تغير لون مع زاوية (الثاني باء الروتينية الثانوية في الشكل 1)
      1. بدء تطبيق SimpleBrowser وإدخال القياسات المجهزة من نصف الكرة الانعكاس عينات غير موحد مع اتجاه الكاميرا {θ، φ} = {0،0} كما هو موضح في 2.C.1 الخطوة. حدد علىه بكسل في الصورة، ثم تناسب الطائرة إلى المئين 90 من الإنارة من الانعكاس نصف كروية في موقف بكسل المحددة.
      2. بناء اكتساب 1D المدى التي ناعما عينات الانعكاس المرآة في الطائرة المرآة. توليد العملاقة زوايا ذراع في ½ ° مراحل كل منها نصف زاوية في الطائرة المحددة في الخطوة السابقة. تبدأ مع نصف زاوية تساوي 0 ° وزيادة نصف زاوية إلى 90 درجة. لكل قياس على المدى الاستحواذ، والحفاظ على نصف متجه ثابت ويساوي السطح العادي بحيث كل اتجاه الكاميرا يقع في اتجاه المرآة.
      3. اكتساب ومعالجة القياسات التالية الإرشادات في الخطوات 1.D. و1.E. أعلاه.
      4. تصفح بصريا الانعكاس اتجاهي 1D اتباع الإرشادات الموجودة في 1.F. الخطوة، في حين أخذ العينات منطقة صغيرة جدا (مثل بكسل 3X3) تركزت على نفس بكسل تستخدم لتناسب الطائرة المرآة في 2.D.1 الخطوة. العثور على اتجاه الذروة الانعكاس، أيالتظليل العادي. بناء تدير 3 اكتساب إضافية في نفس الطريقة كما 2.D.2 الخطوة.، ولكن تعيين نصف متجه إلى التظليل الطبيعي بدلا من السطح العادي. ل3 أشواط إضافية، وتوليد العملاقة زوايا الذراع التي تكمن في الطائرات التي تحتوي على تظليل طبيعي ولكن التي هي استدارة 45 درجة، 90 درجة، و 135 درجة فيما يتعلق طائرة المرآة المحددة في 2.D.1 الخطوة.
      5. اكتساب ومعالجة القياسات التالية الإرشادات في الخطوات 1.D. و1.E. أعلاه.
      6. تصفح بصريا الانعكاس اتجاهي 1D اتباع الإرشادات الموجودة في 1.F. الخطوة، في حين أخذ العينات منطقة صغيرة جدا (مثل بكسل 3X3) تركزت على بكسل تستخدم لتناسب الطائرة المرآة في 2.D.1 الخطوة. متوسط ​​الصادرات من SimpleBrowser ينعكس وهج هذه المنطقة الصغيرة جدا.
      7. في MATLAB، رسم اللونية لها بوصفها وظيفة من نصف زاوية في مخطط اللونية (الشكل 6). رسم لونه وصفاء، والإنارة بوصفها وظيفة من نصف زاوية (<STRONG> الشكل 7).
      8. بناء تدير أربعة اكتساب مزيد من 1D في نفس الطائرات الأربع على النحو الوارد أعلاه، ولكن هذه المرة تكوين اتجاهات الضوء والكاميرا لقياس عرض والاضمحلال في الانعكاس براق. تعيين نصف الزاوية بين الضوء والكاميرا ثابتة 10 درجة. توليد العملاقة زوايا ذراع في 1 ° مراحل كل منها نصف ناقلات حول محور متعامد إلى الطائرة. تبدأ مع نصف ناقلات يساوي -80 درجة وزيادة نصف متجه إلى +80 درجة مئوية، حيث تساوي 0 ° التظليل العادي. نلاحظ أنه ليست كل الاتجاهات كاميرا تقع في اتجاه المرآة.
      9. اكتساب، العملية والقياسات التصدير باتباع الإرشادات الموجودة في الخطوات 1.D. و1.E.، و2.D.6. على التوالي.
      10. في MATLAB، رسم اللونية على رسم تخطيطي اللونية بوصفها وظيفة من الزاوية بين نصف النواقل والعادي التظليل. رسم لونه وصفاء، والإنارة بوصفها وظيفة من الزاوية بين نصف النواقل والتظليل الطبيعي.

      3. تحويل اسقاطي

      اسقاطي تحويل كل صورة HDR في طريقة العرض الكنسي أو الاتجاه مشاهدة متعامد إلى الطائرة السطح. يتم الوصول إلى هذا البروتوكول من قبل 1.E.3.b الخطوة عندما شوط القياس هو جزء من عدة مجموعة اتجاه الكاميرا، مثل الأمثلة الواردة في البروتوكول (2) ويتضح بيانيا كما الروتينات الثانوية في الشكل 1.

      1. قراءة صورة الكنسي مضيئة من اتجاه غير براق. (وفي الاتجاهات براق الرعي التباين تقلص بين سطح أبيض من الورق والحبر الأسود يمكن أن يؤدي إلى استهداف فشل الكشف. مقارنة وضوح الصورة A و B في الشكل 9).
      2. تحديد موقع إحداثيات مركز كل هدف في الصورة الكنسي.
      3. تحميل صورة الهدف تنيره فلاش كاميرا محمولة لزوج مصباح الكاميرا اتجاهي معين (B في الشكل 9).
      4. ما يقرب من هيئة تنظيم الاتصالاتnsform الصورة المستهدفة في إطار كاميرا الكنسي باستخدام العملاقة كاميرا مصفوفة M محسوب في 2.B.7 الخطوة.
      5. تحديد موقع إحداثيات مركز كل هدف في الصورة الهدف تحولت (C في الشكل 9).
      6. مباراة كل هدف في الصورة الهدف تحولت إلى هدف مرجعها في الصورة الكنسي من خلال إيجاد الحد الأدنى للمسافة بين الصورة والأهداف المرجعية.
      7. تجاهل أي أهداف غير واضحة بسبب DOF في زوايا الرعي (D في الشكل 9).
      8. حل 2D اسقاطي تحويل تلك الصورة خرائط الأهداف في الإطار الكنسي لأهداف الكنسي-صورة في نفس الإطار.
      9. Untransform ومشوه لتناسب أهداف من الإطار صورة الكنسي عودة إلى إطار الصورة الأصلية من خلال الطائرة من الكائن apertured (M في 2.B.8 الخطوة.) بدلا من الطائرة من الأهداف (M في الخطوة 2. B.7).
      10. حفظ أزواج إحداثيات الهدف الذي رسم خريطة للكائن apertured في الصورة الهدف إلى OB aperturedJECT في الصورة الهدف الكنسي.
      11. تحميل صورة HDR مضاءة من المصباح (A في الشكل 9).
      12. استنتاج المكانية اسقاطي تحويل من هدف حفظ تنسيق أزواج لتحويل صورة HDR في الإطار الكنسي (E في الشكل 9).
      13. عودة إلى البروتوكول الرئيسي.

      وDCRAW هو برنامج الكمبيوتر ذات المصدر المفتوح التي وضعتها ديفيد التابوت. كان تحويل الملكية صورة على الكاميرا RAW بتنسيق (أي بيانات CCD غير المجهزة) إلى تنسيق الصورة القياسية. انظر http://www.cybercom.net/ ~ dcoffin / DCRAW / .

      ب Bouguet الأدوات هي الأدوات معايرة الكاميرا لMATLAB التي وضعها جان إيف Bouguet. انظر http://www.vision.caltech.edu/bouguetj/calib_doc .

Representative Results

قياس الأولية من بروتوكول لدينا (أنا الروتينية في الشكل 1) إصلاح اتجاه الكاميرا العادية إلى السطح وانتقل فقط ضوء. منذ تلتزم تشتت الضوء لمبدأ المعاملة بالمثل، والنتيجة هي نفسها سواء ونحن نحمل الكاميرا ثابتة بينما تتحرك ضوء على العكس نصف الكرة أو بالعكس. عندما نصلح إما الكاميرا أو ضوء، وundersampled على مجموعة كاملة اتجاه 4 الأبعاد. ويلاحظ وجود صورة أكثر اكتمالا للسلوك تشتت عندما، على عكس قياس الأولية، يتم نقل كل من الضوء والكاميرا بعيدا عن السطحية والعادية في تعدد الاتجاهات. من الناحية المثالية، فإننا لا يمكن قياس تشتت الضوء من اتجاهات عديدة الكاميرا، حتى يصل إلى عدد من الاتجاهات الضوء الساقط، لتسفر عن مجموعة البيانات متناظرة. في الممارسة العملية، فإن هذا يتطلب عدد كبير جدا من التعرض. في تجربتنا، ويمكننا الحصول على معلومات كافية حول المواقف الشخصية مختلفة عن طريق تحريك الكاميرا عدة مرات assuمينغ 180 درجة التماثل الدوراني حول العادي السطح. خلال مرحلة القياس الثانوي، حصلنا على قياسات من 7 الاتجاهات مشاهدة موزعة على نصف الكرة وداخل 60 درجة من ذروة 18،19 (الثاني ألف الروتينية في الشكل 1).

في الأرقام من هذه الورقة، وتبين لنا بيانات تمثيلية يقاس من ريشة من Lamprotornis بوربوريوس (الزرزور لامع اللون الأرجواني)، والانعكاس الذي هو براق، لامع، ومتباين الخواص (الشكل 5). في كل اتجاه من الاتجاهات المشاهدة 7، وتجمع الضوء المنعكس من مئات الاتجاهات الإضاءة الحادث على نصف الكرة الغربي. الاتجاهات تشكيل نطاق ضيق الموجهة متعامد على محور مركزي من الريش (انظر صورة ريشة في الشكل 4). تحول لون التقزح اللوني هو دقيق (مزرق الخضراء في حالات عادية والأخضر والأزرق في حالات الرعي) عند عرض ريشة الطبيعي أن سطحه كما رأينا في {0 °، 0 & ديز؛} RGB مؤامرة من الشكل 5. كما عرض زاوية النهج الرعي، إلى أقصى حد الزوايا بين اتجاه عرض والتوجيهات الحادث الرعي، مما أدى إلى تحول لون أكثر لفتا (مزرق والاخضر عند 0 درجة و 240 درجة في أرجواني بين الحادث والاتجاهات المشاهدة) كما رأينا في {60 °، 0 °} RGB مؤامرة في الشكل 5.

نحن يمكن أن تحمل إلى الخطوة الضوء والكاميرا في أدق بكثير قرار الزاوي عندما كنا تقييد تحركات ل1 البعد. ويبين الشكل 6 اللونية من الانعكاس من L. ريش بوربوريوس بوصفها وظيفة من الزاوية بين الحادث والاتجاهات المشاهدة، حيث الحادث والاتجاهات النظر هي في الطائرة التي تحتوي على الفرقة براق، والذي هو عمودي على المحور الطولي للbarbule البعيدة. كما الأقواس لون قزحي الألوان من خلال مساحة اللونية، وهوى من تحولات مزرق اللون الأخضر إلى اللون الأرجواني.

المكانية فاري أوجه في الانعكاس اتجاهي مرئيا حيث مختلفة (X، Y) بتنسيق من إهاب تتوافق مع مختلف الهياكل على نطاق الملة. في حالة L. بوربوريوس واحد فقط بنية - على barbule القاصي - مرئيا في معظم أنحاء المنطقة. على النقيض من ذلك، في C. من المادة الفعالة، وثلاثة هياكل على نطاق وملي - رامي، barbules القاصي والداني barbules - وتتميز بوضوح في البيانات، ونحن يمكن أن نلاحظ أن الانعكاس من ريشة هو المنحى فيما يتعلق المحور الطولي من كل بنية (الشكل 8) .

الشكل 1
الشكل 1. هذه نظرة عامة التخطيطي يصور طريقتين تصاعد مستمر، ونظام الإحداثيات الكروية العملاقة، وأنواع العينات اقتناء ونتائج كل منها. / ftp_upload/50254/50254fig1large.jpg "الهدف =" _blank "> اضغط هنا لعرض أكبر شخصية.

الشكل 2
الشكل 2. ريشة بالارض مرئيا من خلال فتحة في لوحة معدنية محاطة بحلقة من الأهداف. يمكن أن يطرحها A كروية عملاقة لقياس تشتت الضوء من ريشة في الإضاءة متعددة الحادث والاتجاهات المشاهدة. L = ضوء ذراع (خط العرض). C = ذراع كاميرا (خط العرض). B = كاميرا قاعدة (خط الطول). T = الدوار (خط الطول). F = الريشة.

الشكل (3)
الشكل (3). يمكن حساب متوسط ​​نثر الاتجاه من نقطة أو خط أو مستطيل منطقة ريشة ريشة.

p_upload/50254/50254fig4highres.jpg "SRC =" / files/ftp_upload/50254/50254fig4.jpg "/>
الشكل 4. مثال نثر الاتجاه بالتآمر وظائف (R * = الانعكاس، T * = النفاذية، P * = الأعلى، F * = الجبهة، S * = جانبية، A * = التعسفي) ولون المخططات (* 1 = الإنارة، * 2 = RGB ، * 3 = اللونية). انقر هنا لعرض أكبر شخصية .

الرقم 5
الشكل 5. النصوع (أعلى) وRGB اللون (القاع) من الانعكاس نصف كروية في الاتجاه فضاء جيب التمام كما ينظر اليها من (زاوية الارتفاع، السمت زاوية) أزواج الإحداثيات: {0 °، 0 °}، {30 °، 0 °}، { 30 °، 90 °}، {60 °، 0 °}، {60 °، 45 °}، {60 °، 90 °}، و {60 °، 135 °}. الانعكاس هو متوسط ​​من × 25 بكسل منطقة مستطيلة من ريشة الوحشي من L. TERTIAL 25 بوربوريوس (الزرزور لامع اللون الأرجواني) ريشة. تمثل الأسهم الحمراء على الاتجاهات الكاميرا. انقر هنا لعرض أكبر شخصية .

الشكل (6)
الشكل (6). اللونية من الانعكاس بوصفها وظيفة من نصف الزاوية بين الإضاءة الحادث وعرض الاتجاهات:. CIE 1976 موازين اللونية الموحدة (USC) مع تضخيم المنطقة انقر هنا لعرض أكبر شخصية .

/ 50254/50254fig7highres.jpg "SRC =" / files/ftp_upload/50254/50254fig7.jpg "/>
الرقم 7. الانعكاس بوصفها وظيفة من الزاوية بين الإضاءة الحادث والاتجاهات عرض، في الطائرة مع (الأحمر) وعمودي على (المظللة) في المحور الطولي للbarbule القاصي: (أ) الطول الموجي المهيمنة، (B) نسبة صفاء، و(C ) الإنارة٪، وظلال الألوان في رسم هو لون RGB من الانعكاس. تمثل القيم السلبية الطول الموجي الألوان في المثلث الأرجواني غير الطيفية. انقر هنا لعرض أكبر شخصية .

الرقم 8
الرقم 8. متوسط ​​الانعكاس الاتجاه من barbules القاصي والداني barbules بين اثنين رامي المتاخمة للC. المادة الفعالة (AFريكى الزمرد الوقواق).

الرقم 9
الشكل 9. (A) صورة غير مصححة تنيره العملاقة مصباح، (B) صورة غير مصححة تنيره فلاش على الكاميرا، (C) مرشحا الهدف تمت تصفيتها في أفيني-حولت، صورة فلاش مضيئة، (D) أهداف حاد مقبول داخل عمق الميدان، (E) مصحح صورة مصباح مضيئة، (F) مستدير ريشة إبعاد الهاتفي، المزروعة وملثمين. انقر هنا لعرض أكبر شخصية .

Discussion

على الرغم من أن أداء وظيفة العديد من أصباغ صباغية والهيكلية يتم التعرف بشكل جيد، ومورفولوجية كثيرة integuments هي من التعقيد بحيث أن التفاصيل الخاصة بهم الهيكلية وظيفة وغير مفهومة 20. وقد وضعت Integuments التخصصات التي تختلف مكانيا على سطح الكائن الحي لتعكس الضوء بشكل مختلف إتجاهي نحو المشاهد. وقد تلقت الاتجاهية الاهتمام بالدرجة الأولى في دراسة التقزح اللوني بسبب تحول لونه مع تغير الحادث وزاوية الرؤية، والبحث في التقزح اللوني من إهاب البيولوجية قد حصل 1D في المقام الأول وبعض القياسات 2D 8،12،17. لكن القياسات 6D المعمم لم تكن روتينية في دراسة integuments 21-23، قزحي الألوان أو غير ذلك، ويتم تقييد الأدب على الظواهر لون العضوي بسبب عدم وجود بيانات لون اتجاهي من نوع يوفر طريقة لدينا.

ريشة هو خصوصا Rالتراث الثقافي غير المادي المواد غلافي تضم الترتيبات من هيكل على نطاق وملي من تعليق لاذع: رامي، barbules القاصي والداني barbules. صغر حجم العناصر وترتيباتها معقدة تجعل من الصعب أن نستشف أداء تشتت الضوء من العناصر الفردية. بروتوكول لدينا معزولة بنجاح هيكل على نطاق وملي من تأثير الهندسة على نطاق والماكرو. بواسطة تميز عواقب وظيفية للتعبير الاتجاه هياكل على نطاق وملي لتوقيع بعيدة الميدان من الريش، ونحن مكن التحقيق في عواقب على التكيف.

واجهنا المفاضلات العملي بين الطيفية، القرار المكانية والزاوي. اخترنا عالية المكانية، الزاوي المتوسطة والمنخفضة الطيفية لدراساتنا. مجموعات أخرى يمكن استخدامها، ولكن بعض (على سبيل المثال كل عالية) يؤدي إلى العصور قياس طويلة unworkably. يجب أن تركز الانتباه حيث أنه من المهم للالظواهر الخاصة التي تجري دراستها. في اختيار لتوظيف RGB CAميرا مع فلتر فسيفساء باير، قمنا بتصميم بروتوكول لدينا لتتناسب مع النظام البصري الإنسان. ويمكن الاستعاضة عن كاميرا RGB وبروتوكول لدينا تكييفها لقياس التحفيز لون النسبية لأي كائن حي، وهناك حاجة على سبيل المثال حساسية في الطيف للأشعة فوق البنفسجية لقياس الطيور رباعي لوني لون 24،25. ومن شأن كاميرا التصوير الطيفي توفير الحل الأكثر عمومية 25.

أثبتنا لدينا بروتوكول مع الريش الجناح TERTIAL نظرا لأنها ملونة وسوت بسهولة ضد لوحة المرجعية. لسوء الحظ، كشفت الفتحة من لوحة معدنية فقط جزء صغير من سطح ريشة. لو تمكنا من قياس وقت واحد على شكل 3D لسطح ريشة بينما قياس الانعكاس ال 25، فإننا لا يمكن تجنب ميكانيكيا تسطيح ريشة وبدلا من قياس ريشة كامل في الطبيعية، وحالته unflattened.

التفاعلية، وأدوات متكاملة متخصصة لتصور البيانات تقدم substantiآل صالح إلى العلماء استكشاف وتفسير كميات كبيرة من البيانات. وزيادة التكامل والتفاعل، ويلاحظ والاتصالات أسهل في البيانات. في برنامجنا، يمكن للمستخدم رسم تفاعلي متوسط ​​نثر الاتجاه بوصفها وظيفة من موقف السطحية (الشكل 4). مزيد من برنامجنا التنمية يمكن دمج وظائف بالتآمر الأخرى (أرقام 6، 7) تمديد تجربة تفاعلية.

Disclosures

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

Acknowledgments

وقد تم تمويل هذا البحث من قبل مؤسسة العلوم الوطنية (NSF جائزة التوظيف CCF-0347303 وجبهة الخلاص الوطني منحة CCF-0541105). فإن الكتاب أود أن أشكر ياروسلاف Křivánek، جون القمر، إدغار فيلاسكيز-ارمينداريز، نزل جاكوب، جيمس هارفي، سوزان سواريز، إليس لوف، وجون Hermanson لمساهماتها الفكرية. تم بناء كورنيل كروية عملاقة من تصميم بسبب دوان فولك، مارك Levoy، واللاعب Szymon Rusinkiewicz.

References

  1. Nicodemus, F., Richmond, J., Hsia, J., Ginsberg, I., Limperis, T. Geometric considerations and nomenclature for reflectance. , National Bureau of Standards, U.S. Department of Commerce. (1977).
  2. Marschner, S. R., Jensen, H. W., Cammarano, M., Worley, S., Hanrahan, P. Light scattering from human hair fibers. ACM Transactions on Graphics (TOG). 22 (3), 780-791 (2003).
  3. Marschner, S. R., Westin, S., Arbree, A., Moon, J. Measuring and modeling the appearance of finished wood. ACM Transactions on Graphics (TOG). 24 (3), 727-734 (2005).
  4. Land, M. F. The physics and biology of animal reflectors. Progress in Biophysics and Molecular Biology. 24, 75-106 (1972).
  5. Durrer, H. Colouration. Biology of the Integument: Vertebrates. 2 (12), 239-247 (1986).
  6. Brink, D., van der Berg, N. Structural colours from the feathers of the bird Bostrychia hagedash. Journal of Physics D-Applied Physics. 37 (5), 813-818 (2004).
  7. Kinoshita, S. Structural colors in the realm of nature. , World Scientific. (2008).
  8. Nakamura, E., Yoshioka, S. Structural Color of Rock Dove's Neck Feather. Journal of the Physical Society of Japan. 77 (12), 124801 (2008).
  9. Westin, S., Arvo, J., Torrance, K. E. Predicting reflectance functions from complex surfaces. ACM SIGGRAPH Computer Graphics. 26 (2), 255-264 (1992).
  10. Shawkey, M. D., Maia, R., D'Alba, L. Proximate bases of silver color in anhinga (Anhinga anhinga) feathers. Journal of Morphology. 272 (11), 1399-1407 (2011).
  11. Maia, R., D'Alba, L., Shawkey, M. D. What makes a feather shine? A nanostructural basis for glossy black colours in feathers. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 278 (1714), 1973-1980 (2011).
  12. Dyck, J. Structure and light reflection of green feathers of fruit doves (Ptilinopus spp.) and an Imperial Pigeon (Ducula concinna). Biologiske Skrifter (Denmark). 30, 2-43 (1987).
  13. Yoshioka, S., Kinoshita, S. Effect of macroscopic structure in iridescent color of the peacock feathers. Forma. 17 (2), 169-181 (2002).
  14. Osorio, D., Ham, A. Spectral reflectance and directional properties of structural coloration in bird plumage. Journal of Experimental Biology. 205 (14), 2017-2027 (2002).
  15. Stavenga, D. G., Leertouwer, H. L., Pirih, P., Wehling, M. F. Imaging scatterometry of butterfly wing scales. Optics Express. 1 (1), 193-202 (2009).
  16. Vukusic, P., Stavenga, D. G. Physical methods for investigating structural colours in biological systems. Journal of Royal Society Interface. 6, Suppl 2. S133-S148 (2009).
  17. Stavenga, D. G., Leertouwer, H., Marshall, N. J., Osorio, D. Dramatic colour changes in a bird of paradise caused by uniquely structured breast feather barbules. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 278 (1715), 2098-2104 (2010).
  18. Irawan, P. Appearance of woven cloth [dissertation]. , Cornell University. (2008).
  19. Irawan, P., Marschner, S. R. Specular reflection from woven cloth. ACM Transactions on Graphics (TOG. 31 (1), 11:1-11:20 (2012).
  20. Vukusic, P. Structural colour: elusive iridescence strategies brought to light. Current Biology: CB. 21 (5), R187-R189 (2011).
  21. Dana, K., Ginneken, B., Nayar, S., Koenderink, J. Reflectance and texture of real-world surfaces. ACM Transactions on Graphics (TOG). 18 (1), 1-34 (1999).
  22. Chen, Y., Xu, Y., Guo, B., Shum, H. -Y. Modeling and rendering of realistic feathers. ACM Transactions on Graphics (TOG). 21 (3), 630-636 (2002).
  23. Levoy, M., Zhang, Z., McDowall, I. Recording and controlling the 4D light field in a microscope using microlens arrays. Journal of microscopy. 235 (2), 144-162 (2009).
  24. Stevens, M., Párraga, C. A., Cuthill, I. C., Partridge, J. C., Troscianko, T. S. Using digital photography to study animal coloration. Biological Journal of the Linnean Society. 90 (2), 211-237 (2007).
  25. Kim, M. H., Harvey, T. A., et al. 3D imaging spectroscopy for measuring hyperspectral patterns on solid objects. ACM Transactions on Graphics (TOG). 31 (4), (2012).

Tags

الفيزياء الحيوية، العدد 75، علم الأحياء الجزيئية، والهندسة الطبية الحيوية، الفيزياء، علوم الحاسب الآلي، والخصائص السطحية (مواد غير معدنية)، وأجهزة التصوير الضوئي (تصميم وتقنيات)، وأدوات قياس بصري (تصميم وتقنيات)، وتشتت الضوء، والمواد البصرية، الخصائص البصرية، والبصريات، والريش، وتشتت الضوء، الانعكاس، النفاذية، اللون، التقزح اللوني، براق، منتشر، مقياس الزوايا،
قياس مكانيا-وإتجاهي-متفاوتة تشتت الضوء من المادة البيولوجية
Play Video
PDF DOI

Cite this Article

Harvey, T. A., Bostwick, K. S.,… More

Harvey, T. A., Bostwick, K. S., Marschner, S. Measuring Spatially- and Directionally-varying Light Scattering from Biological Material. J. Vis. Exp. (75), e50254, doi:10.3791/50254 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter