قياس مكانيا-وإتجاهي-متفاوتة تشتت الضوء من المادة البيولوجية

الهدف العام من هذا الإجراء هو قياس وتصور التغيير في اتجاه الضوء المتناثر من مادة معقدة هيكليا بمقاييس هيكلية متعددة للتحكم في الضوء الساقط وعرض الاتجاهات. ضع مادة في وسط القنطرية الكروية مع تركيب مصباحها على ذراع واحد وتثبيت الكاميرا على ذراع آخر بالتتابع. قم بتصوير المادة أثناء تحريك المصباح بشكل منهجي من خلال سلسلة من المواضع المنفصلة على كرة ، تتمحور حول المادة الموجودة في البرنامج.

حدد منطقة الاهتمام على المادة واستخرج وحدات البكسل التي تتكون منها المنطقة في كل صورة. ثم قم بتعيين قيم البكسل إلى مواضع كل منها على الكرة لتصور اتجاه الأضواء المنتشرة من المنطقة المحددة. أخيرا ، استخدم البيانات لتخطيط قياسات إضافية من اتجاهات متعددة للكاميرا وبدقة زاوية متزايدة.

في النهاية ، تساعد هذه الطريقة الباحثين على تحديد العلاقة بين بنية الكائنات الحية والإشارات البصرية الاتجاهية. الميزة الرئيسية لهذه التقنية على هندسة تشتت التصوير الحالية هي قدرتنا في البرنامج على تصور التباين المكاني في الانعكاس الاتجاهي من المواد المعقدة على مقاييس متعددة ذات صلة بيولوجيا. على الرغم من أننا نركز على الإشارات الاتجاهية للطيور ومظهر الريش ، إلا أن هذه الطريقة صالحة للأنظمة البصرية الأخرى التي تظهر تسلسلات هرمية هيكلية للحجم.

كخطوة أولى في التجربة ، احصل على لوحة تثبيت معدنية رفيعة من فيريس بفتحة تبلغ حوالي نصف بوصة ، محاطة بحلقة من الأهداف. ضع الريشة المراد دراستها على الجزء الخلفي من اللوحة. قم بتوسيط منطقة الاهتمام فوق فتحة العدسة.

بعد ذلك ، ضع ورقة من الفيلم المغناطيسي بفتحة مماثلة الحجم على الجانب الخلفي من الريشة للضغط على الريشة على اللوحة. قم بمحاذاة فتحات الفيلم واللوحة مع الحرص على عدم قص الريشة. يجب أن يؤدي ذلك إلى تقديم الريشة سطحا ماكرا مستويا يتزامن تقريبا مع سطح اللوحة.

لتكوين القنطرية. ابدأ بتحديد مركز الفتحة الدائرية في أصل نظام إحداثيات القنطرية. ضع مصدر ضوء على الذراع الخارجي للقنطرية.

صوب وركز الضوء بضيق على الريشة. بعد ذلك ، ضع الكاميرا على الذراع الداخلي للقنطرية. اضبط مسافة الكاميرا وتركيز عدسة الماكرو حتى تملأ حلقة الأهداف عرض المستشعر.

في هذه المرحلة ، يجب معايرة أذرع القنطرية وتكوين تركيز الكاميرا والتعرض. ابدأ القياسات عن طريق وضع المحور البصري للكاميرا بشكل طبيعي على مستوى السطح. ضع الضوء في أول سلسلة من المواضع التي تحدد اتجاهات الضوء الساقط.

يجب توزيع المواقف بشكل موحد على الكرة ، متمركزة على الريشة في غرفة مظلمة. لكل موضع إضاءة، التقط صورة أولية لكل وقت تعريض ضوئي في قوس التعريض الضوئي المحدد مسبقا. ثم حرك الضوء إلى موضعه التالي وكرر.

بمجرد جمع البيانات ، ابدأ في معالجة الصور لكل حادث. اتجاه الضوء. دمج جميع التعريضات الضوئية للنطاق الديناميكي المنخفض في صورة ملونة واحدة ذات نطاق ديناميكي عال.

تستخدم هذه الصور الملونة ذات النطاق الديناميكي العالي لإنشاء البيانات للتصور. لاستعراض بيانات العملية ، يتم استخدام تطبيق المتصفح البسيط المخصص. يفتح على نافذة تحتوي على صورة الريشة المضاءة باتجاه إضاءة الحادث الأول.

حدد الآن منطقة من الوريد الريشة لتحليلها. هنا ، يتم اختيار منطقة مستطيلة من الخيارات المتاحة. ارسم متوسط تشتت الضوء الاتجاهي من المنطقة المحددة ، نافذة رسم تظهر الانعكاس كدالة للاتجاه.

يفتح Co-sign بجوار نافذة الصورة ، واضبط تعرض خريطة الألوان. باستخدام البرنامج ، من الممكن تدوير خريطة ألوان الانعكاس على كرة الوحدة بين الإضاءة RGB والكروما. يتم استخدام GB الخاص بنا في ما يلي.

لتدوير الكرة ، انقر فوقها. لتمكين واجهة كرة الجنزير، اسحب الواجهة لإحداث دوران. لعرض نصف الكرة الأرضية الانعكاسية، أعد الكرة إلى موضعها الافتراضي.

قم بتدوير الكرة 180 درجة من الموضع الافتراضي. لعرض نصف الكرة الأرضية للنفاذية للحصول على عرض آخر للبيانات ، حدد وضع المخطط القطبي لرؤية أنصاف أقطار كل اتجاه على كرة الوحدة مقاس بقيم النصوع الخاصة بهما. قم بتغيير خريطة ألوان الكرة المتحجمة للإضاءة من RGB إلى chroma.

وضع دائرة حول اتجاه إضاءة الصورة المعروضة باللون الأحمر في مخطط التشتت الاتجاهي. انقر فوق أي اتجاه إضاءة حادث آخر لإظهار الريشة مضاءة من هذا الاتجاه. قلل من تعريض الصورة لتصحيح التعريض المفرط.

للتحقق من الانعكاس عبر تسلسل هرمي للمقاييس، أعد وضع المخطط إلى كرة الوحدة واستخدم خريطة ألوان RGB. قم بتغيير نوع التحديد من منطقة مستطيلة إلى منطقة خطية. سيسمح ذلك بدراسة الانعكاس من الهياكل الدقيقة الفردية في المنطقة المستطيلة.

ارسم انعكاس المتوسط الخطي في نافذة جديدة مع الحفاظ على المتوسط المستطيل كمرجع. هنا ، ينظر إلى البغال الشريطية البعيدة للريشة التي تمتد على المنطقة الخطية لتعكس الضوء على طول الأفقي. حدد أحد اتجاهات الإضاءة في المخطط الخطي لعرض البغال الشريطية البعيدة عالية الانعكاس في الصورة على اليسار للتحقق من الشريط الداكن المجاور.

حرك التحديد الخطي حتى يدخل تلك المنطقة في بنية الريش. هنا ينظر إلى فرع ES القريب من الرامي في مخطط المتوسط الخطي ، ينظر إلى ES القريب على أنه يعكس الضوء عموديا. حدد أحد الاتجاهات لعرض الأجزاء القريبة عالية الانعكاس في الصورة على اليسار.

لاحظ أن الهياكل الدقيقة التي تعكس الضوء أفقيا وعموديا في المخطط الخطي تتحد لإنتاج إشارة المجال البعيد التي تظهر في المخطط المستطيل. بعد مراجعة الخطوات الأساسية لقياس وتصور تشتت الضوء الاتجاهي عبر تسلسل هرمي من المقياس، فيما يلي وصف لتقنيات معايرة الكاميرا المتقدمة استعدادا لإجراء تجارب من اتجاهات متعددة للكاميرا باستخدام مشبك مثبت على الريش، وهدف معايرة منقوش بالمدقق مسطح مقابل لوحة التثبيت. ضع الكاميرا مع مدخلها بشكل عمودي على اللوحة.

استخدم أي إضاءة كافية للتعريض الضوئي المناسب لالتقاط صورة واحدة. التقط صورا للوحة لاستخدامها في صندوق أدوات معايرة الكاميرا الرقصة داخل matlab. أثبتت تسع صور من مواضع الكاميرا داخل مخروط 120 درجة متمركزة على المحور العمودي للألواح أنها كافية.

بمجرد الانتهاء من ذلك ، قم بمعايرة موضع الكاميرا ، بما في ذلك المسافة Z إلى هدف المعايرة. بعد ذلك ، قم بإزالة هدف المعايرة الذي يكشف عن حلقة الأهداف المحيطة بالفتحة. استخدم الفلاش المثبت على الكاميرا لالتقاط صورتين للأهداف، واحدة من اتجاه عمودي على اللوحة والثانية من زاوية رعي.

سيتم استخدام الصورتين لمعايرة مسافة الكاميرا إلى الحلقة المستهدفة والريشة من خلال حل الإزاحات الانتقالية T واحد و T اثنين. الآن بعد أن قمنا بمعايرة الكاميرا ، يمكننا قياس تشتت الضوء من اتجاهات الكاميرا المتعددة باستخدام أنماط أخذ العينات الاتجاهية البديلة. للبدء ، استخدم متصفحا بسيطا لفتح مجموعة بيانات تحتوي على كرة قليلة العينات من اتجاهات الضوء الساقط واتجاه الكاميرا العمودي.

عرض التوزيع الاتجاهي للضوء المنعكس من الريشة. بناء على هذه المراجعة ، قم بتنقيح مجموعة اتجاهات الضوء الساقط لتحسين أخذ العينات الاتجاهية. يجب أن تأخذ هذه المواقف عينات من الاتجاهات المرآوية بكثافة واتجاهات غير علمانية. قليله.

اختر ستة اتجاهات إضافية للكاميرا موزعة بشكل موحد على نصف نصف الكرة الأرضية. لكل اتجاه ، قم بأخذ عينات من نصف الكرة الأرضية الانعكاسي بكثافة للاتجاهات المرآوية وبشكل ضئيل للاتجاهات غير المرآوية لكل اتجاه ضوء ساقط في كل نصف كرة أرضية. قم أولا بتصوير الحلقة المستهدفة المحيطة بالريشة باستخدام الفلاش المثبت على الكاميرا.

ثانيا ، قم بتصوير الريشة عند كل تعرض في قوس التعريض الضوئي. ثم قم بدمج التعريضات الضوئية في صورة ملونة ذات نطاق ديناميكي عال. قم بتصحيح الصورة المضيئة بالفلاش تقريبا باستخدام إحداثيات القنطرية.

ثم ابحث عن مراكزها المستهدفة واستخدمها لعرض صورة HDR للريشة بدقة كما لو تم تصويرها من اتجاه عمودي. بعد المعالجة ، استخدم متصفحا بسيطا لتصفح الانعكاس الاتجاهي بصريا من نفس المنطقة من الريشة. في كل من نصفي الكرة الأرضية السبعة غير المنتظمين ، رتب مخططات الانعكاس الاتجاهي لكل اتجاه من اتجاهات الكاميرا على نظام الإحداثيات القطبي ، كما هو موضح في هذا المخطط القطبي ، قياسات متعددة لموضع الكاميرا تم إجراؤها على ريشة زرزور أرجواني لامع.

تمثل الأسهم الحمراء اتجاهات الكاميرا. تظهر مواضع الكاميرا على الكرة في الداخل. في كل اتجاه من اتجاهات المشاهدة ، يتم جمع الضوء المنعكس من مئات اتجاهات الإضاءة الساقطة.

كشفت بيانات ألوان RGB أن الريشة قزحية الألوان تتغير من اللون الأزرق والأخضر في الحوادث العادية إلى اللون الأرجواني في حوادث الرعي. يمكن استخدام هذه التقنية لدراسات الدقة الزاوية الدقيقة عندما تقتصر الإضاءة الساقطة واتجاهات عرض الكاميرا على بعد واحد. تم رسم صفاء الانعكاس في الداخل كدالة لنصف الزاوية بين اتجاهي الحادث والمشاهدة.

عندما تكون هذه الاتجاهات في المستوى عموديا على المحور الطولي للشريط البعيد ، حيث يتقوس اللون المتقزح عبر الفضاء اللوني ، يتحول اللون من الأزرق والأخضر إلى الأرجواني. يتم تصوير الطول الموجي السائد للانعكاس كدالة للزاوية بين اتجاهي الحادث والرؤية. يتوافق الخط الأحمر مع الوقت الذي يكون فيه الاتجاهان في سهولة مع المحور الطولي للشريط البعيد.

المنطقة المظللة هي عندما تكون الاتجاهات متعامدة مع هذا المحور. لون التظليل هو لون RGB للموجة السالبة للانعكاس. تمثل قيم الطول الألوان في منطقة غير طيفية.

بالإضافة إلى الطول الموجي السائد ، هناك بيانات عن النسبة المئوية للصفاء والنسبة المئوية للإضاءة للانعكاس كدالة للزاوية بين الحادث وزاوية الرؤية. مرة أخرى ، يتوافق الخط الأحمر مع الوقت الذي يكون فيه اتجاه الضوء الساقط واتجاه الرؤية في حالة من المحور الطولي للشريط البعيد. المنطقة المظللة هي عندما تكون الاتجاهات متعامدة مع هذا المحور.

بمجرد إتقان القياس النموذجي ، يمكن الحصول على هذه التقنية ومعالجتها في أقل من 14 ساعة. مهدت هذه التقنية الطريق للباحثين في مجالات علم الطيور ورسومات الكمبيوتر لاستكشاف العلاقة بين مورفولوجيا الريش المعقدة والتأثيرات الاتجاهية للإشارات البصرية للطيور.