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जैविक सामग्री से Spatially और directionally-बदलती लाइट छितराया मापने

Published: May 20, 2013 doi: 10.3791/50254

Todd Alan Harvey¹, Kimberly S. Bostwick^2,3, Steve Marschner⁴

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

हम structurally है जटिल सामग्री से बिखरे हुए प्रकाश की दिशा में स्थानिक विभिन्नता नमूना लेने के के लिए एक गैर-विनाशकारी विधि प्रस्तुत करते हैं. समवर्ती उच्च-संकल्प इमेजिंग के साथ ठीक-पैमाने दिशात्मक योगदान के पर कब्जा करने, जबकि सामग्री अक्षुण्ण रखते हुए के द्वारा, हम, सकल-पैमाने बिखरने व्यवहार रक्षा करता है. परिणाम biologically के-प्रासंगिक के पदों पर और तराजू से कम सॉफ्टवेयर में visualized किया कर रहे हैं.

Abstract

लाइट स्थानिक तराजू की एक किस्म पर एक जीव के आवरण के साथ सूचना का आदान प्रदान. एक इंद्रधनुषी पक्षी में उदाहरण के लिए: नैनो पैमाने पर संरचनाओं रंग उत्पादन, अकड़ और barbules की milli के पैमाने पर संरचना काफी हद तक परावर्तित प्रकाश की दिशात्मक पैटर्न को निर्धारित करता है, और अतिव्यापी, घुमावदार पंख के वृहद पैमाने पर स्थानिक संरचना के माध्यम से, इन दिशात्मक प्रभाव पैदा दृश्य बनावट. जीव के शरीर पर, और क्या दृष्टिकोण से और क्या रोशनी के तहत, इंद्रधनुषी रंगों में देखा जाता है जहां मिल्ली पैमाने और वृहद पैमाने पर प्रभाव का निर्धारण. इस प्रकार, एक चिड़ियों की इंद्रधनुषी गले से शानदार रंग की उच्च दिशात्मक फ्लैश अपर्याप्त अकेले अपनी नैनो पैमाने पर संरचना से समझाया और सवाल रह जाता है. एक दिया अवलोकन बिंदु से, जो पंख के milli के पैमाने तत्वों दृढ़ता से प्रतिबिंबित करने के लिए उन्मुख होते हैं? कुछ प्रजातियों में दूसरों की तुलना में आनंददायकता के अवलोकन के लिए व्यापक "खिड़कियों" उपज है? ये और इसी तरह के सवालों के मीटरप्र संकेत, छलावरण, या अन्य कारणों के लिए एक विशेष सतह उपस्थिति विकसित किया है कि किसी भी जीव के बारे में पूछा जाएगा.

पंख से प्रकाश बिखरने की दिशात्मक पैटर्न का अध्ययन, और पक्षी milli के पैमाने आकारिकी के लिए उनके रिश्ते के क्रम में, हम रोशनी अलग और निर्देशों को देखने के साथ उठाए गए कई उच्च संकल्प तस्वीरों का उपयोग जैविक सामग्री से बिखरे हुए प्रकाश को मापने के लिए एक प्रोटोकॉल विकसित की है. हम इस दिशा में एक समारोह के रूप में बिखरे हुए प्रकाश को मापने के बाद से, हम उस विशेष पंख से बिखरे हुए प्रकाश की दिशात्मक वितरण में विशेषता सुविधाओं का निरीक्षण कर सकते हैं, और अकड़ और barbules हमारे छवियों में हल कर रहे हैं, क्योंकि हम स्पष्ट रूप से इन अलग करने के लिए दिशात्मक सुविधाओं विशेषता कर सकते हैं milli के पैमाने पर संरचनाओं. नमूना बरकरार रखते हुए प्रकृति में देखा सकल पैमाने बिखरने व्यवहार को बरकरार रखता है. यहाँ वर्णित विधि स्थानिक और directionally-VA विश्लेषण करने के लिए एक सामान्यीकृत प्रोटोकॉल प्रस्तुतकई संरचनात्मक पैमाने पर जटिल जैविक सामग्री से प्रकाश बिखरने rying.

Introduction

एक जीव की झिल्ली का रंग और पैटर्न पारिस्थितिकी खेलते हैं और सबसे अधिक पशु टाक्सा में सामाजिक रूप से महत्वपूर्ण कार्य करता है. ये प्ररूपी गुण दोनों स्थानिक (झिल्ली की सतह के पार) और directionally (दिशा प्रकाश और देखने में बदलाव के साथ) बदलता है कि ऑप्टिकल बिखरने प्रदर्शन कर सकते हैं जो झिल्ली की संरचना, साथ प्रकाश की बातचीत से निर्धारित होते हैं. ऐसे पंख के रूप में जटिल जैविक सामग्री, में, प्रकाश बिखरने की दिशा milli के पैमाने ज्यामिति दोहराने के उन्मुखीकरण से प्रभावित है. ये milli के पैमाने पर संरचनाओं खुद को इस तरह अक्सर milli के पैमाने पर उन्मुखीकरण वारिस जो मेलेनिन सरणियों के रूप में नैनो पैमाने पर संरचनाओं, साथ एम्बेड किया जा सकता है. से स्थूल तराजू नैनो के लिए, झिल्ली की संरचना जीव का संकेत क्षमता को बढ़ाने के लिए कार्यात्मक विकसित किया गया है. समग्र स्वरूप पर विभिन्न तराजू की आकारिकी के प्रभाव का आकलन करने के लिए, उपकरण के लिएजैविक संरचनाओं के रंग को मापने और विश्लेषण बढ़ाई के विभिन्न पैमाने पर दिशात्मक प्रकाश बिखरने अलग करने के लिए लचीलेपन की जरूरत है.

हम एक पंख के जटिल और विविध milli के पैमाने आकारिकी (कंटिया रामी, बाहर का barbules, और समीपस्थ barbules) का प्रदर्शन नैनो पैमाने पर संरचनाओं अकेले से संभव अभिव्यक्ति की रेंज का विस्तार कैसे अध्ययन करने के लिए छवि के आधार पर माप उपकरण विकसित किया है. कैमरे से रिकॉर्ड एक ही छवि में, हम प्रकाश पंख की सतह पर विभिन्न स्थानों पर अलग ढंग से परिलक्षित होता है कि मनाया, कि है, प्रकाश reflectance स्थानिक-अलग था. हम पंख के संबंध में प्रकाश और कैमरा दिशा चले गए, हम reflectance के प्रकाश reflectance ¹ directionally-अलग किया गया था, कि है, बदल मनाया. इन टिप्पणियों के बाद, हम विधिपूर्वक हम सु के 2 आयाम पर कब्जा कर लिया है जिसके साथ एक गोलाकार गैन्ट्री ^2,3, का उपयोग करते हुए विषय के आसपास प्रकाश और कैमरा ले जाने के लिए एक प्रोटोकॉल बनाया गयाrface स्थिति (एक्स और वाई), प्रकाश दिशा के 2 आयाम (अक्षांश और देशांतर), और कैमरा दिशा के 2 आयाम (अक्षांश और देशांतर) (चित्रा 2). सॉफ्टवेयर में हम नेत्रहीन स्थिति, रोशनी दिशा और देखने की दिशा में एक समारोह के रूप में बिखरे हुए प्रकाश के 6 आयामों का पता लगाया.

इंटेगुमेंट से reflectance में पिछले अनुसंधान भी अक्सर दिशात्मकता का योगदान छूट गया है - जैसे फैलाना बनाम specular या आइसोट्रोपिक बनाम अनिसोट्रोपिक प्रतिबिंब - रंग अभिव्यक्ति के लिए. अधिकांश रंग माप ध्यान दिशात्मक प्रभाव से बचने के लिए घटना प्रकाश, वस्तु, और देखने ज्यामिति तय कर दी है. उदाहरण के लिए, रंग माप से specular प्रतिबिंब को खत्म करने के लिए, यह सतह के लिए सामान्य प्रकाश जगह है और सामान्य से 45 डिग्री पर reflectance को रिकॉर्ड करने के लिए आम है. Directionally-बदलती reflectance के लिए लिंक आकारिकी करते हैं कि अध्ययन आम तौर पर नैनो पैमाने पर ध्यान केंद्रितऔर अपने इंद्रधनुषी परिणाम ^4-8. कुछ दूर क्षेत्र ऑप्टिकल हस्ताक्षर ^8-11 के लिए सूक्ष्म, milli-, और वृहद पैमाने पर geometries के योगदान पर विचार करें. यह ऐसी कंटिया रामी, barbules, और यहां तक कि पूरे पंख ^6,8,11-17 के रूप में कई milli और / या वृहद पैमाने पर घटकों, शामिल हो सकते हैं कि ब्याज की एक क्षेत्र भर में कुल reflectance के लिए एक प्रकाश डिटेक्टर को रोजगार के लिए इसलिए आम है . ब्याज के क्षेत्र या तो डिटेक्टर का संकल्प सीमा से छोटा या देखने के डिटेक्टर के मैदान के आकार के अनुरूप नहीं करता है, तो सामान्य प्रोटोकॉल विशिष्ट milli के पैमाने तत्व ^8,10 से प्रकाश बिखरने अलग करने के लिए नमूना विच्छेदन निर्दिष्ट करता है ^{, 13,15.}

हम माप के अधिग्रहण और अक्सर अन्य अधिक ध्यान केंद्रित पढ़ाई में ध्यान नहीं दिया कई चर के अन्वेषण को प्रोत्साहित करती है कि दृश्य के लिए एक अधिक व्यापक प्रोटोकॉल विकसित किया है. हम दिशाओं और acros के एक क्षेत्र पर प्रकाश बिखरने उपायउच्च गतिशील रेंज की एक विशाल सेट का उपयोग कर अंतरिक्ष के एक क्षेत्र, उच्च संकल्प तस्वीरें प्रकाश और देखने के निर्देशों का एक व्यवस्थित सेट से ली गई है. हम ठीक पैमाने पिक्सेल डिटेक्टरों के अपने 2 डी सरणी के साथ एक उच्च संकल्प इमेजिंग सेंसर को रोजगार. हार्डवेयर में एकत्रीकरण हम माप रहे milli के पैमाने तत्वों की तुलना में छोटे पैमाने पर, पिक्सेल स्तर पर होता है. उपयोगकर्ता के रूप में सॉफ्टवेयर में एक दूसरे चरण समुच्चय व्यक्तिगत पिक्सल ब्याज के क्षेत्र की आकृति और आकार का चयन करता है. तदनुसार, एक ही माप सेट बार बार कई जैविक प्रासंगिक पदों और तराजू पर सामग्री के साथ प्रकाश बातचीत के विभिन्न पहलुओं का पता लगाने के लिए सॉफ्टवेयर में विश्लेषण किया जा सकता है. विच्छेदन को नष्ट करने और पूरे पंख मापने के द्वारा, हमारे प्रोटोकॉल प्राकृतिक संदर्भ और घटक milli के पैमाने तत्वों के बीच प्रकाश की बातचीत है कि समारोह को बनाए रखना है, बरकरार पंख फलक की आकारिकी छोड़ने का लाभ दिया है.

जीवधारी एस से प्रकाश बिखरनेtructure बहुआयामी और अंदाजा लगाना मुश्किल है. मापा 6D प्रकाश बिखरने के रूप में अभी तक किसी भी एकमात्र साधन के साथ बड़े पैमाने की एक पदानुक्रम के भीतर विशिष्ट आकारिकी के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता. लेकिन हम इस खोज में एक महत्वपूर्ण कदम बना दिया है. , नमूने reflectance गैन्ट्री सॉफ्टवेयर का उपयोग कर में बड़ी मात्रा में डेटा की खोज, और रेखांकन भी डेटा सबसेट visualizing - - हम तीन पूरक तरीकों को शामिल एक उपकरण विकसित किया है, नीचे करने के लिए, एक सामग्री पर किसी भी बिंदु पर 6D प्रकाश बिखरने को मापने के लिए हमारी क्षमता का विस्तार करने के लिए milli के पैमाने. हमारे जैसे प्रोटोकॉल नियोजित कर रहे हैं, हम जीव विकास के कई पैमानों पर directionally और स्थानिक-अलग लक्षण है और इसी संरचनात्मक रूपांतरों के असंख्य की पहचान करेगा भविष्यवाणी. हमारे उपकरणों का उपयोग हम milli के पैमाने पर संरचनाओं की दिशात्मक और स्थानिक अभिव्यक्ति का संकेत संभावित निस्र्पक में लगे हुए हैं, और उनके अनुकूली परिणामों पर प्रकाश डाला करने की उम्मीद कर रहे हैं. हम जैसे प्रश्नों की एक श्रृंखला का पता: एक सेवाई पंख के ठीक पैमाने तत्वों या सकल पैमाने क्षेत्रों दृढ़ता से प्रतिबिंबित जो अवलोकन बिंदु, दिया? कैसे ठीक पैमाने तत्वों के उन्मुखीकरण बिखरे हुए प्रकाश की दिशा को प्रभावित करता है? क्या रूपात्मक शर्तों इंद्रधनुषी आभूषण की एक sequined चमक बनाम एक अतलसी चमक उत्पादन? कुछ प्रजातियों में दूसरों की तुलना में आनंददायकता के अवलोकन के लिए व्यापक "खिड़कियों" उपज है? इन सवालों के पक्षियों और उनके पंख के बारे में, लेकिन यह भी संकेत, छलावरण, या अन्य कारणों के लिए एक विशेष सतह उपस्थिति विकसित किया है कि किसी भी अन्य जीवों के बारे में कहा जा सकता है.

Protocol

एक नमूना मापने के लिए हमारे तरीकों का उपयोग करते हैं, प्रयोगकर्ता कैमरा और प्रकाश के निर्देशों का एक सेट पर तय करना होगा, और कैमरा और प्रकाश दिशाओं के प्रत्येक संयोजन के लिए, कैमरा अलग शटर गति के साथ कई जोखिम बनाता है. कैमरा चल रहा है यह छवि के रूप में देखा नमूना के दृश्य बदलता है, क्योंकि अतिरिक्त संसाधन की आवश्यकता है, ताकि हम आम तौर पर कैमरे के निर्देशों की एक छोटी संख्या और प्रकाश स्रोत दिशाओं की एक बड़ी संख्या का उपयोग करें.

नीचे विस्तृत प्रोटोकॉल में, हम पहले एक कई प्रकाश स्रोत दिशाओं और एक कैमरा दिशा के साथ माप, और कैसे परिणामी डेटा (प्रोटोकॉल 1) की प्रक्रिया और कल्पना करने के लिए प्रदर्शन करने के लिए कैसे का वर्णन है. एक ही दृश्य का अध्ययन किया जा रहा है घटना का निरीक्षण करने के लिए पर्याप्त है जब स्वयं द्वारा इस्तेमाल किया जा सकता है जो प्राथमिक प्रोटोकॉल में, हम हमेशा (चित्र 1 में प्राथमिक नियमित) नमूने के लिए कैमरे को देखने सीधा रखना. कई कैमरा दिशाओं आवश्यक हैं,नमूना के परोक्ष देखा गया जिसके परिणामस्वरूप कैमरा हिल के प्रभाव पूर्ववत करने के लिए और इस तरह वास्तव में विहित सीधा दृश्य के साथ छवियों के लिए पंक्ति में विकृत हो सकता है. इन warps गणना करने के लिए, हम ठीक नमूना के सापेक्ष कैमरे की गति निर्धारित करने के लिए नमूना के आसपास रखा लक्ष्यों की टिप्पणियों का उपयोग करने वाले अतिरिक्त अंशांकन चरण का पालन करें. प्रोटोकॉल 2 विवरण इस अंशांकन प्रक्रिया और मापदंडों का चयन करें और एकाधिक दृश्य (चित्र 1 में माध्यमिक दिनचर्या) से डेटा इकट्ठा करने के लिए प्रोटोकॉल 1 कई बार चलाने के लिए कैसे करें. अंत में, प्रोटोकॉल 3 विवरण डाटा प्रोसेसिंग के दौरान परोक्ष विचारों को सुधारने के लिए प्रोटोकॉल 1 में डाला जाना चाहिए कि अतिरिक्त कदम.

1. हादसा दिशा के क्षेत्र (चित्रा 1 में प्राथमिक नियमित) से अधिक सामान्य सतह की दिशा में बिखरे हुए प्रकाश उपाय

मापा जा करने के लिए ऑब्जेक्ट को तैयार है और माउंट
1. एक पतली लौह धातु बढ़ते थाली तैयारलक्ष्यों की एक अंगूठी के रूप में (चित्रा 2 में देखा) से घिरा हुआ एक आधा इंच एपर्चर के साथ.
2. मापा जा करने के लिए सामग्री तैयार करते हैं. एक पंख को मापने हैं, pennaceous फलक के किसी भी unzipped या misaligned वर्गों के लिए सही करने के लिए अकड़ दूल्हा.
3. थाली के पीछे की ओर के खिलाफ वस्तु की सतह (पंख के अग्रभाग चेहरा) (लक्ष्य अंगूठी विपरीत) निर्धारित करना.
4. केंद्र थाली में आधा इंच एपर्चर से अधिक ब्याज के क्षेत्र.
5. जिससे थाली के खिलाफ फ्लैट वस्तु दबाने वस्तु (पंख के रिवर्स चेहरा) के पीछे की ओर के खिलाफ एक 5/8-inch एपर्चर के साथ चुंबकीय फिल्म के एक पत्र निर्धारित करना.
6. सतह कर्तन के बिना थाली का एपर्चर को फिल्म की एपर्चर संरेखित करें. परिपत्र एपर्चर की परिधि के आसपास टिकी चपटी सतह, थाली की सतह के साथ एक तलीय स्थूल सतह लगभग संपाती पैदावार.
गैन्ट्री कॉन्फ़िगर
1. पता लगाएँगैन्ट्री समन्वय प्रणाली के मूल में परिपत्र एपर्चर के केंद्र.
2. गैन्ट्री बाहरी हाथ पर एक प्रकाश स्रोत रखें. उद्देश्य और बाल बाल एपर्चर समान रूप से सभी प्रकाश स्रोत कोण के लिए प्रबुद्ध है कि यह सुनिश्चित करने, वस्तु पर प्रकाश ध्यान केंद्रित.
3. गैन्ट्री भीतर हाथ पर एक कैमरा रखें. कैमरे की दूरी और लक्ष्य की अंगूठी सेंसर की चौड़ाई भरता है जब तक मैक्रो लेंस के फोकल लंबाई समायोजित करें.
4. कैमरा और दीपक हथियारों की घुमानेवाला आंदोलनों (θ, φ) जांचना. कैमरा और दीपक सतह सामान्य के साथ गठबंधन कर रहे हैं ताकि सामान्य वस्तु की सतह के संबंध में झुकाव (θ) जांचना जब θ = 0. दीपक की दिगंश के लिए कैमरे के दिगंश (φ) जांचना. कब्जा कर लिया छवियों बाद में प्रोटोकॉल में घुमाया जा सकता है के बाद से निरपेक्ष दिगंशीय अभिविन्यास महत्वपूर्ण नहीं है.
कैमरा फोकस और एक्सपोजर कॉन्फ़िगर
1. बारी की सूचीते वस्तु तक कैमरा एक चराई कोण पर देखा जाता है. क्षेत्र (dof) की गहराई को कम करने के लिए च संख्या कम होती है, तो एपर्चर के केंद्र पर ध्यान केंद्रित विमान निर्धारित किया है. एपर्चर आसपास के लक्ष्य की अंगूठी ध्यान में है जब तक dof के बढ़ाने के लिए च संख्या बढ़ाएं. विवर्तन और dof प्रेरित कलंक के बीच एक समझौता आवश्यक हो सकता है.
2. बढ़ते थाली के खिलाफ फ्लैट एक रंग मानक क्लिप. के लिए आरजीबी छवियों एक मैकबेथ का रंग परीक्षक का उपयोग करें. Spectralon उपयोग यूवी दृश्य-NIR के मापन के लिए.
3. रॉ के प्रारूप में रंग मानक तस्वीर. सफेद संतुलन छवि को रंग चैनल मल्टीप्लायरों की गणना.
4. सबसे चरम देखने और प्रकाश व्यवस्था के निर्देशों के तहत दृश्य के गतिशील सीमा तक फैला है कि जोखिम ब्रैकेट लगाएं.
5. ब्रैकेट में हर समय जोखिम के लिए, पर लेंस टोपी के साथ सेंसर के सामने बेनकाब कर अंधेरे शोर छवि अधिग्रहण.
हादसा दिशा की एक कम नमूना क्षेत्र से माप मोल
1. सतह विमान {θ, φ} = {0,0} को सामान्य कैमरा अक्ष स्थिति.
2. एक मोटे नमूने (जैसे कम से कम 500 अंक) का उपयोग कर, क्षेत्र पर समान रूप से वितरित पदों की एक श्रृंखला के माध्यम से प्रकाश कदम.
3. नमूने में प्रत्येक घटना प्रकाश दिशा के लिए:
4. जोखिम ब्रैकेट में हर समय जोखिम के लिए एक कच्चे छवि पर कब्जा.
5. कैमरे से प्रकाशित एक छवि पर कब्जा फ्लैश गैन्ट्री दीपक रोशनी को दबाने के लिए एक अपेक्षाकृत कम जोखिम के समय को सिंक्रनाइज़ मुहिम शुरू की.
6. अगली घटना प्रकाश दिशा और दोहराने के लिए अग्रिम.
कम नमूना क्षेत्र से प्रक्रिया माप
1. रॉ के प्रारूप से ग्रे स्केल, 16 बिट, रैखिक, PGM प्रारूप में बदलने, अपने demosaicing समारोह को निष्क्रिय करने के लिए डिबग (दस्तावेज) DCRaw ^एक की विधा का प्रयोग:
  1. प्रत्येक अंधेरे शोर जोखिम.
  2. प्रत्येक घटना प्रकाश दिशा में वस्तु के प्रत्येक संपर्क में.
  3. सभी कम गतिशील रेंज (LDR) एक भी उच्च गतिशील रेंज (HDR) प्रत्येक घटना प्रकाश दिशा के लिए रंग छवि में गैन्ट्री दीपक रोशनी के तहत greyscale जोखिम एकीकृत.
    1. प्रत्येक LDR जोखिम से इसी अंधेरे शोर छवि घटाएँ.
    2. Demosaic प्रत्येक LDR से एक एक चौथाई पैमाने छवि उपज के लिए जोखिम.
    3. श्वेत संतुलन कदम 1.C.3 में गणना रंग चैनल गुणकों का उपयोग प्रत्येक LDR जोखिम.
    4. मर्ज अंधेरे शोर घटाया LDR से प्रत्येक पिक्सेल की स्थिति में सभी मूल्यों संक्षेप और जोखिम बार की राशि से विभाजित, दोनों रकम से overexposed पिक्सल omitting द्वारा एक hdr छवि में जोखिम.
    5. आधा नाव सटीक और दोषरहित तरंगिका (PIZ) संपीड़न में इनकोड EXR प्रारूप में स्टोर hdr छवि.
  4. कैमरा दिशा विहित दिशा नहीं है या माप रन एक बहु कैमरा दिशा सेट का हिस्सा (चित्रा 1 एक में माध्यमिक दिनचर्या हैएन डी प्रोटोकॉल 2):
    1. एक demosaiced, एक चौथाई पैमाने पर करने के लिए प्रत्येक घटना प्रकाश दिशा के लिए फ्लैश से प्रबुद्ध ट्रैकिंग लक्ष्य के एकल LDR greyscale जोखिम, EXR प्रारूप में LDR रंग छवि परिवर्तित.
    2. को प्रक्षेपी विहित देखने में प्रत्येक एचडीआर दीपक से प्रबुद्ध छवि बदलना. फ्लैश प्रबुद्ध छवि का उपयोग करने के लिए प्रोटोकॉल 3 का पालन करें
  5. हमारे मामले में उदाहरण के लिए एक 90 डिग्री रोटेशन orients प्राक्ष खड़ी है और पंख टिप - वांछित अभिविन्यास में HDR छवियों घुमाएँ.
  6. परिपत्र एपर्चर आसपास कसकर HDR छवियों को काटें. एपर्चर बाहर लक्ष्य और धातु प्लेट मास्किंग 25% तक से फ़ाइल आकार कम कर देता है.
  7. पिक्सेल द्वारा आयोजित सभी दिशात्मक reflectance के मान वाले फाइलें, छवि में कई ब्लॉकों में से प्रत्येक के लिए एक का एक सेट बनाने के लिए HDR छवियों के पूरे सेट में डेटा दूसरे स्थान पर रखना. ये दिशात्मक reflectance के कैश फ़ाइलें एक के लिए त्वरित पहुँच सक्षम करने के लिए आयोजित कर रहे हैं3D वस्तु के 2 डी प्रक्षेपण के एक एकल पिक्सेल स्थिति में दिशात्मक रंग माप करूँगा.
2. कल्पना स्केल के एक पदानुक्रम के उस पार लाइट छितराया spatially-अलग
  1. माप ब्राउज़ करने के लिए कदम 1.E. में संसाधित डेटा की व्याख्या करने के लिए कस्टम SimpleBrowser आवेदन का उपयोग SimpleBrowser पहली घटना प्रकाश दिशा से प्रकाशित पंख की छवि वाली खिड़की को खोलता है.
  2. पंख फलक की छवि पर, व्यक्तिगत पिक्सल या रैखिक या आयताकार व्यवस्था में पिक्सल के समूहों (चित्रा 3) का चयन किया जा सकता है. विश्लेषण के लिए पंख फलक की एक आयताकार क्षेत्र का चयन करके आगे बढ़ें. फिर, चयनित क्षेत्र से औसत दिशात्मक प्रकाश बिखरने साजिश है. दिशा कोसाइन के एक समारोह के रूप में reflectance दिखा साजिश खिड़की छवि खिड़की (चित्रा 4 में आर 1) से सटे खोलता है.
  3. डिफ़ॉल्ट रूप से, अधिकतम luminance की दिशा (एक संप्रेषण की दिशा एक ty मेंPical पंख माप) 1 के एक जोखिम सौंपा है. घटाएँ या एक से डेढ़ स्टॉप (√ 2 एक्स) वेतन वृद्धि reflectance के रंग नक्शे के जोखिम को समायोजित करने में निवेश बढ़ा.
  4. साइकिल Luminance, आरजीबी, और वार्णिकता बीच reflectance के रंग नक्शे (चित्रा 4 में R1, R2, R3 देखें). निम्नलिखित कदम आरजीबी उपयोग के लिए.
  5. क्षेत्र घुमाने के लिए, ट्रैकबॉल अंतरफलक सक्षम करने के लिए उस पर क्लिक करें. रोटेशन के कारण के लिए इंटरफ़ेस खींचें. Reflectance गोलार्द्ध को देखने के लिए, (चित्रा 4 में आर 2 देखें) अपने डिफ़ॉल्ट स्थिति को क्षेत्र वापसी. (चित्रा 4 में टी 2 देखें) संप्रेषण गोलार्द्ध देखने के लिए अपनी डिफ़ॉल्ट स्थिति से क्षेत्र के 180 डिग्री घुमाएँ.
  6. डेटा की एक और दृश्य के लिए, उनके संबंधित luminance मूल्यों से इकाई क्षेत्र पर प्रत्येक दिशा की त्रिज्या पैमाने पर करने के ध्रुवीय साजिश मोड का चयन करें. आरजीबी से वार्णिकता (पी 3 देखें, एफ -3, एस 3, 4 चित्र में A3 के लिए luminance का बढ़ाया क्षेत्र का रंग नक्शे बदलें
  7. प्रदर्शित छवि की रोशनी दिशा (चित्रा 4) दिशात्मक बिखरने साजिश में लाल रंग में परिक्रमा कर रहा है. उस दिशा से प्रबुद्ध पंख की छवि दिखाने के लिए किसी भी अन्य घटना प्रकाश दिशा क्लिक करें.
  8. घटाएँ या क्षेत्रों पर पता चलता है और अंडरएक्स्पोज़ करने के लिए छवि का निवेश बढ़ा.
  9. तराजू के एक पदानुक्रम भर reflectance की जांच करने के लिए, इकाई क्षेत्र और आरजीबी रंग नक्शे को साजिश मोड बहाल. समीक्षा में, इस साजिश छवि पर चयनित आयताकार क्षेत्र से औसत दिशात्मक reflectance को प्रदर्शित करता है.
  10. आयताकार से रैखिक (चित्रा 3) के लिए चयन प्रकार बदलें. इस आयताकार क्षेत्र में व्यक्ति ठीक पैमाने पर संरचनाओं से दिशात्मक reflectance के अध्ययन के लिए अनुमति देगा.
  11. संदर्भ के लिए आयताकार औसत को बनाए रखते हुए एक नई विंडो में रेखीय औसत के reflectance के प्लॉट. जोखिम और आरजीबी के लिए सेट रंग नक्शे को समायोजित करें.
2. एकाधिक कैमरा दिशा (माध्यमिक दिनचर्या में बिखरे हुए प्रकाश उपायचित्रा 1 में है)
एकाधिक कैमरा विचारों और गैर वर्दी दिशात्मक नमूने हमें दिशात्मक reflectance के विशेष सुविधाओं का अध्ययन करने के लिए अनुमति देते हैं. अंशांकन कदम 2.A और 2.B के अलावा के साथ, प्रोटोकॉल 1 एकाधिक कैमरा विचारों को संभालने के लिए विस्तारित किया गया है. रेखांकन चित्र 1 में माध्यमिक दिनचर्या द्वितीय और II.B रूप में सचित्र दो विशिष्ट उदाहरण कदम 2.c और नीचे 2.D में आगे सेट कर रहे हैं. ऐसे मामलों में, कैमरा दिशा वस्तु इसकी सतह सामान्य से झुका एक दिशा से फोटो खिंचवाने है जिसका अर्थ है कि इसके विहित दिशा (सतह के लिए सामान्य), से बदल दिया है. छवियों को एक ही समन्वय प्रणाली में मैप किया जाना चाहिए के बाद से, हम सुधारने और नमूना आसपास के फ्लैश फोटो खिंचवाने लक्ष्य (9 चित्रा) संदर्भित द्वारा विहित उन्मुखीकरण मैच के लिए प्रत्येक तस्वीर ताना.
1. : कैमरा प्रोजेक्शन और स्थिति जांचना
  इन कदमों का उद्देश्य कैमरा proj को गणना करने के लिए कर रहे हैंection और छवि परिवर्तन में इस्तेमाल की स्थिति.
  1. बढ़ते थाली के खिलाफ फ्लैट एक चेकर नमूनों अंशांकन लक्ष्य क्लिप.
  2. कैनन का कैमरा दृश्य (यानी {θ, φ} = {0,0}) और विभिन्न अन्य कैमरा विचारों में कई छवियों विहित देखने पर केंद्रित एक 120 डिग्री शंकु में फैले पर एक छवि पर कब्जा है.
  3. Bouguet साधन ^ख, एक MATLAB कैमरा अंशांकन टूलकिट में छवियों को लोड करें. कैमरा matrices के फिर से संगठित करने के लिए छवियों में से प्रत्येक में ग्रिड कोनों निकालें. आंतरिक कैमरा प्रक्षेपण मैट्रिक्स (पी) और बाह्य कैमरे की स्थिति मैट्रिक्स (एम) निर्यात. आंतरिक कैमरा प्रक्षेपण फोकल लंबाई और प्रिंसिपल बिंदु से बना है. बाह्य कैमरे की स्थिति मुख्य रूप से एक अनुवाद से बना है, यह कैमरे की स्थिति के लिए दुनिया की उत्पत्ति के अनुवाद.
  4. गैन्ट्री टर्नटेबल निर्देशांक (एक्स), यानी Bougue लिए अंशांकन लक्ष्य निर्देशांक बदल देती है कि मैट्रिक्स के लिए हलगैन्ट्री अंतरिक्ष के लिए टी अंतरिक्ष.
  5. Unclip धातु की थाली से चेकर पैटर्न.
2. लक्ष्य पोजिशन और प्रोजेक्शन ऑफसेट जांचना:
  इन कदमों का उद्देश्य अंशांकन विमान, लक्ष्य विमान, और नमूने के बीच ऑफसेट की गणना करने के लिए, और लक्ष्य पदों पर लगाने के लिए है.
  1. गैन्ट्री में कैमरा ऑप्टिकल अक्ष सतह विमान को सीधा है कि इतना निर्देशांक घुमाएँ, विहित फ्रेम अर्थात्.
  2. फ़्लैश रोशनी के साथ एपर्चर आसपास के लक्ष्य की अंगूठी की एक छवि पर कब्जा है. इस छवि संरेखण के लिए विहित छवि है.
  3. कच्चे कैमरा उत्पादन (प्रोटोकॉल कदम 1.E.3.a. और 1.E.4 में बताया.) की प्रक्रिया.
  4. लक्ष्य मान्यता भ्रमित हो सकता है कि आवारा specular डाला नष्ट करने, अंगूठी लक्ष्य क्षेत्र के अंदर और बाहर के क्षेत्र मास्क, तब छवि में लक्ष्य हैं.
  5. एक चराई कोण करने के लिए कैमरा घुमाएँ और एक छवि पर कब्जा.
  6. विहित ग की गणनाamera (Mc है = एम * आर सी) ढोंग और चराई कोण कैमरा बाह्य कैमरा कदम 2.A.3 में मैट्रिक्स एम पर आधारित (मिलीग्राम = एम * आरजी) मुद्रा. जो Bouguet चेकर पैटर्न की स्थिति को पर आधारित एक अनुवाद भी शामिल है.
  7. कागज लक्ष्य-अंगूठी की मोटाई द्वारा इसकी अनुवाद offsetting द्वारा एम पुन: निर्धारित करें. Bouguet बिसात की हवाई जहाज़ और कागज लक्ष्य-अंगूठी के उत्तर में लक्ष्य, यानी मोटाई की अंगूठी की हवाई जहाज़ के बीच गैन्ट्री अंतरिक्ष में ऑफसेट, कर दिया गया है जब तक परीक्षण और त्रुटि के (अंशांकन हवाई जहाज़ के लिए ऑफसेट एक अलग अलग का उपयोग करते हुए एम recalculating) द्वारा Iterate हल कर दी. विहित छवि के उत्तर में लक्ष्य रैंप के चराई कोण छवि में लक्ष्यों के पुनः प्रक्षेपित द्वारा प्रत्येक चलना के में ऑफसेट सत्यापित करें.
  8. लक्ष्यों के की अंगूठी की हवाई जहाज़ और हवाई जहाज़ ओ के बीच गैन्ट्री अंतरिक्ष में ऑफसेट जब तक परीक्षण और त्रुटि के द्वारा विहित छवि में apertured वस्तु पर चराई कोण छवि में apertured वस्तु पुनः प्रक्षेपित करने की पिछले चरण की प्रक्रिया का पालन करते एम पुन: निर्धारित करेंच apertured वस्तु, धातु की थाली की यानी मोटाई, हल कर दिया गया गया है.
3. सात गैर-समान रूप से नमूना Reflectance गोलार्द्धों (चित्रा 1 में माध्यमिक नियमित द्वितीय) को मापने के
  1. सतह करने के लिए सामान्य कैमरे को देखने से मापा प्रकाश परिलक्षित होता है की दिशात्मक वितरण की जांच करना, यानी {θ, φ} = {0,0} के रूप में प्रोटोकॉल 1 में का वर्णन किया. अधिक घनी गैर-specular के अधिक बिखरी - बिखरी दिशाओं और specular दिशाओं से कैमरा चमक रिकॉर्ड करने के लिए reflectance के गोलार्द्ध resample.
  2. समान रूप से आधा एक गोलार्द्ध खत्म हो गया वितरित की 6 अतिरिक्त कैमरा दिशाओं में reflectance के नमूना करने के लिए में एक ही मानदंडों को लागू करें, यानी {θ, φ} = {30,0}, {30,90}, {60,0}, {60,45} , {60,90}, {+६०,१३५}. प्रारंभिक रन की प्रतिबिंब कोण के साथ युग्मित के प्रत्येक की देख रहे हैं वो दिशा से 6 अतिरिक्त रन की specular के क्षेत्रों के का पूर्वानुमान लगाएं.
  3. 7 गैर-वर्दी में से प्रत्येक के के लिएly के जांचा गोलार्द्धों के, 1.D. चरणों का में दिए गए निर्देशों का पीछा कर रहा मापन के के अधिग्रहण और को संसाधित और 1.E. इसके बाद के संस्करण.
  4. दिखने में कदम 1.F. में दिए गए निर्देशों का पीछा कर रहा, 7 गैर-समान रूप से जांचा गोलार्द्धों के में से प्रत्येक के में पंख की में एक ही क्षेत्र से दिशात्मक reflectance के ब्राउज़ करें इसके बाद के संस्करण. प्रत्येक प्लाट के प्लेसमेंट उसके कैमरा दिशा (; भी चित्रा 5 चित्रा 1 में नियमित द्वितीय की दृश्य परिणामों को देखें) पर आधारित है जहां एक ध्रुवीय प्रणाली के समन्वय के, पर 7 कैमरा दिशाओं में से प्रत्येक के के लिए दिशात्मक reflectance के भूखंडों व्यवस्था करो.
4. कोण (चित्रा 1 में माध्यमिक नियमित II.B) के साथ रंग परिवर्तन के बारे में विस्तृत जानकारी के के अधिग्रहण करने के लिए सूक्ष्मता से-जांचा अर्धवृताकार रास्तों को मापने के
  1. करें चरण 2.C.1 में वर्णित के रूप में SimpleBrowser आवेदन और इनपुट कैमरा दिशा {θ, φ} = {0,0} के साथ गैर-समान रूप से जांचा reflectance के गोलार्द्ध की प्रसंस्कृत मापन के लॉन्च करें. पर का चयन करेंछवि में ई पिक्सेल, तब चयनित पिक्सेल स्थिति से कम अर्धगोल reflectance के के luminance की 90 वें प्रतिशतक करने के लिए एक हवाई जहाज़ फिट बैठते हैं.
  2. जो सूक्ष्मता से के नमूने specular के हवाई जहाज़ में specular के reflectance के एक 1D अधिग्रहण के रन खुदाई करें. पिछले चरण में परिभाषित किया गया हवाई जहाज़ में साढ़े ° आधा-कोण वेतन वृद्धि में गैन्ट्री बांह कोणों उत्पन्न करें. आधा-कोण करने के लिए बराबर 0 ° के साथ शुरू करो और 90 ° करने के लिए आधा-कोण को बढ़ाने के. अधिग्रहण के रन में प्रत्येक माप के लिए, प्रत्येक कैमरा दिशा specular के दिशा में स्थित कर रहा है इतना है कि आधा-वेक्टर निरंतर और सामान्य सतह करने के लिए बराबर रखने के.
  3. 1.D. चरणों का में दिए गए निर्देशों का पीछा कर रहा मापन के मोल और को संसाधित और 1.E. इसके बाद के संस्करण.
  4. कदम 2.D.1 में specular के हवाई जहाज़ फिट करने के लिए प्रयोग किया जाता में एक ही पिक्सेल पर केन्द्रित कर एक बहुत ही छोटे से क्षेत्र (उदाहरण के लिए 3x3 पिक्सल) नमूना लेने के, जबकि नेत्रहीन, कदम 1.F. में दिए गए निर्देशों का पीछा कर रहा 1D दिशात्मक reflectance के ब्राउज़ करें. शिखर reflectance के, यानी की दिशा का पता लगाएंसामान्य लकीर खींचने की क्रिया. 3 अतिरिक्त अधिग्रहण के कदम 2.D.2 के रूप में में एक ही तरीके. में चलाता है का निर्माण, लेकिन नहीं बल्कि सामान्य सतह की तुलना में सामान्य लकीर खींचने की क्रिया करने के लिए आधा-वेक्टर निर्धारित किया है. 3 अतिरिक्त रन के लिए, सामान्य लकीर खींचने की क्रिया से युक्त पर लिया शिल्प में झूठ बोलते हैं कि लेकिन कदम 2.D.1 में परिभाषित किया गया specular के हवाई जहाज़ के लिए सम्मान के के साथ घुमाया 45 °, 90 °, और 135 ° जो कर रहे हैं गैन्ट्री बांह कोणों उत्पन्न करते हैं.
  5. 1.D. चरणों का में दिए गए निर्देशों का पीछा कर रहा मापन के मोल और को संसाधित और 1.E. इसके बाद के संस्करण.
  6. कदम 2.D.1 में specular के हवाई जहाज़ फिट करने के लिए प्रयोग किया जाता पिक्सेल पर केन्द्रित कर एक बहुत ही छोटे से क्षेत्र (उदाहरण के लिए 3x3 पिक्सल) नमूना लेने के, जबकि नेत्रहीन, कदम 1.F. में दिए गए निर्देशों का पीछा कर रहा 1D दिशात्मक reflectance के ब्राउज़ करें. SimpleBrowser से निर्यात औसत इस बहुत छोटे से क्षेत्र की चमक परिलक्षित होता.
  7. MATLAB के में, एक वार्णिकता आरेख (चित्रा 6) पर आधा-कोण के एक समारोह के के रूप में अपनी वार्णिकता साजिश कर. आधा-कोण के एक समारोह के (<के रूप में अपनी रंग का रंग, chroma के, और luminance प्लॉट केstrong> पर चित्रा 7).
  8. चार अधिक 1D अधिग्रहण के इसके बाद के संस्करण के रूप में में एक ही चार पर लिया शिल्प में चलाता है, लेकिन इस समय specular के reflectance के की चौड़ाई और क्षय को मापने के करने के लिए प्रकाश और कैमरा दिशाओं को कॉन्फ़िगर खुदाई करें. एक निरंतर 10 ° करने के लिए प्रकाश और कैमरा के बीच आधा-कोण निर्धारित करें. विमान करने के लिए orthogonal के अक्ष के चारों ओर 1 ° आधा-वेक्टर वेतन वृद्धि में गैन्ट्री बांह कोणों उत्पन्न करें. -80 ° करने के लिए बराबर एक आधा-वेक्टर के साथ शुरू करो और 0 ° लकीर खींचने की क्रिया सामान्य बराबर होती है जहां +80 °, करने के लिए आधा-वेक्टर को बढ़ाने के. नहीं सभी कैमरा दिशाओं specular के दिशा में स्थित कर रहे हैं कि को नोट करें.
  9. चरणों का 1.D. में दिए गए निर्देशों का पीछा कर रहा मोल, प्रक्रिया और निर्यात मापन के और 1.E., और 2.D.6. क्रमशः.
  10. MATLAB के में, आधा-वेक्टर और लकीर खींचने की क्रिया सामान्य के बीच कोण के एक समारोह के के रूप में एक वार्णिकता आरेख पर इसकी वार्णिकता साजिश कर. इसकी रंग का रंग, chroma के, और आधा-वेक्टर और सामान्य लकीर खींचने की क्रिया के बीच कोण के एक समारोह के के रूप में luminance के प्लॉट.
  3. प्रक्षेपी परिवर्तन
  प्रक्षेपी विहित दृश्य के या सतह विमान करने के लिए orthogonal के दृश्य के दिशा में प्रत्येक hdr छवि परिणत. एक माप के रन इस तरह के प्रोटोकॉल 2 में उल्लिखित और रेखांकन भी चित्रा 1 में माध्यमिक दिनचर्या के रूप में सचित्र उदाहरणों के रूप में एक एकाधिक कैमरा दिशा सेट के, के भाग के है जब इस प्रोटोकॉल करें चरण 1.E.3.b द्वारा तक पहुँचा है.
  1. एक गैर-specular के दिशा से प्रबुद्ध एक विहित छवि पढ़ें. (चराई specular के दिशाओं से कम कागज की सफेद सतह और काले रंग की स्याही के बीच स्वाभाविक अंतराल संबंधी इसके विपरीत का पता लगाने विफलता लक्षित करने के लिए नेतृत्व कर सकते हैं. छवि की स्पष्टता तुलना कर लें चित्रा 9 में ए और बी.)
  2. विहित छवि में प्रत्येक लक्ष्य के केंद्र के निर्देशांक का पता लगाएँ.
  3. किसी दिए गए दीपक-कैमरा दिशात्मक जोड़ी के (चित्रा 9 में बी) के के लिए कैमरा-मुहिम शुरू की फ़्लैश द्वारा प्रबुद्ध लक्ष्य छवि लोड करें.
  4. मोटे तौर पर टीआरएकदम 2.B.7 में गैन्ट्री कैमरा मैट्रिक्स एम कंप्यूटेड का उपयोग करते हुए विहित कैमरे के फ्रेम में लक्ष्य प्राप्ति छवि nsform.
  5. तब्दील हो लक्ष्य छवि (चित्रा 9 में सी) में प्रत्येक लक्ष्य के केंद्र के निर्देशांक का पता लगाएँ.
  6. छवि और संदर्भ लक्ष्यों के बीच न्यूनतम दूरी खोजने के द्वारा विहित छवि में इसकी संदर्भ लक्ष्य करने के लिए तब्दील हो लक्ष्य छवि में प्रत्येक लक्ष्य का मिलान करें.
  7. चराई कोणों (चित्रा 9 में डी) से कम dof के द्वारा का कारण बना किसी भी blurred के लक्ष्यों के त्यागें.
  8. सुलझाओ 2 डी प्रक्षेपी नक्शे छवि एक ही फ्रेम में विहित-छवि लक्ष्यों के करने के लिए विहित फ्रेम में को लक्षित करता है कि परिणत.
  9. वापस apertured वस्तु (कदम 2.B.8 में एम.) नहीं बल्कि की तुलना में लक्ष्यों के (कदम 2 में एम की हवाई जहाज़ की हवाई जहाज़ के माध्यम से मूल छवि फ्रेम करने के लिए विहित छवि फ्रेम से विकृत-करने के लिए-फिट बैठते हैं लक्ष्यों के Untransform. B.7.).
  10. Apertured ओब करने के लिए लक्ष्य छवि में apertured वस्तु को मैप कि लक्ष्य समन्वय जोड़े के सहेजेंविहित लक्ष्य छवि में ject.
  11. दीपक (चित्रा 9 में ए) द्वारा प्रबुद्ध hdr छवि लोड करें.
  12. विहित फ्रेम (चित्रा 9 में ई) में hdr छवि परिणत करने के लिए एक स्थानिक प्रक्षेपी समन्वय स्थापित को बचाया लक्ष्य से परिणत जोड़े के अनुमान करना.
  13. मुख्य प्रोटोकॉल करने के लिए लौटें.
  ^एक DCRaw डेविड ताबूत द्वारा विकसित की एक खुला-स्रोत कंप्यूटर कार्यक्रम है. यह एक मानक छवि प्रारूप करने के लिए एक कैमरा है मालिकाना रॉ-स्वरूपित छवि (यानी unprocessed के सीसीडी डेटा) धर्मान्तरित. देखें http://www.cybercom.net/ ~ dcoffin / DCRaw / .
  ^ख Bouguet उपकरण बॉक्स जीन Yves Bouguet द्वारा विकसित की MATLAB के के लिए एक कैमरा अंशांकन मेरे औजार के डिब्बे है. देखें http://www.vision.caltech.edu/bouguetj/calib_doc .

Representative Results

हमारे प्रोटोकॉल की प्राथमिक माप के (चित्रा 1 में नियमित मैं) सतह करने के लिए सामान्य कैमरा दिशा तय हो गई और केवल प्रकाश ले जाया गया. पारस्परिकता की सिद्धांत करने के लिए प्रकाश बिखरने का पालन करता है के बाद से, परिणाम के गोलार्द्ध या ठीक इसके विपरीत खत्म हो गया प्रकाश आगे बढ़ के, जबकि हम कैमरा निरंतर पकड़ है कि क्या में एक ही है. हम कैमरा या प्रकाश या तो को ठीक कर जब, पूरा हो गया 4-आयामी दिशा सेट के undersampled कर रहा है. बिखरने व्यवहार की ए कपड़ा साफ तस्वीर प्राथमिक माप के के विपरीत, प्रकाश और कैमरा दोनों सतह सामान्य से और दिशाओं की एक बहुलता में दूर ले जाया गया कर रहे हैं जब, मनाया जाता है. आदर्श रूप में, हम एक सममित डेटा सेट के उपज करने के लिए,, में कई के कैमरा दिशाओं से घटना के प्रकाश दिशाओं की संख्या के रूप में यहां तक कि के रूप में कई प्रकाश बिखरने उपाय कर सकता है. अभ्यास में, इस अभी तक भी कई निवेश जोखिम के की आवश्यकता होती है होगा. हमारे अनुभव में, हम कैमरा एक बार कुछ assu आगे बढ़ के द्वारा अलग अलग देखने के के पदों पर के बारे में पर्याप्त जानकारी प्राप्त करने के कर सकते हैंमिंग 180 में बदलने सतह सामान्य के बारे में ° घूर्णी समरूपता. माध्यमिक माप के चरण के दौरान, हम गोलार्द्ध खत्म हो गया और आकाशचोटी ^18,19 (चित्रा 1 में नियमित द्वितीय) की 60 ° के भीतर वितरित की 7 देख रहे हैं वो दिशाओं से मापन के हासिल कर ली.

इस कागज के आंकड़े में, हम Lamprotornis purpureus (पर्पल ग्लॉसी स्टार्लिंग),, इंद्रधनुषी चमकदार होती, और anisotropic है है जो की reflectance के (चित्रा 5) की एक पंख से मापा प्रतिनिधि डेटा दिखाने के. 7 को देखने के दिशाओं में से प्रत्येक के में, प्रकाश परिलक्षित होता है गोलार्द्ध पर घटना प्रकाश व्यवस्था के दिशाओं के सैकड़ों की संख्या से एकत्र हुए कर रहा है. दिशाओं पंख की केंद्रीय अक्ष (चित्रा 4 में पंख छवि को देखने के) करने के लिए orthogonally उन्मुख एक संकीर्ण बैंड के लिए फार्म. {0 °, 0 & डे में देखा के रूप में पंख इसकी सतह करने के लिए सामान्य मुख्य देखी गयी मुख्य कर रहा है जब आनंददायकता रंग की पाली सूक्ष्म (सामान्य घटनाओं को से कम नीला सा-हरे रंग की और चराई घटनाओं को से कम कुछ - कुछ हरा-नीले रंग की) हैछ; चित्रा 5 की} आरजीबी साजिश. देख रहे हैं वो कोण दृष्टिकोणों के चराई के रूप में, देख रहे हैं वो दिशा और चराई घटना दिशाओं के बीच कोणों में देखा के रूप में एक और अधिक हड़ताली रंग की पाली (नीला सा-हरे रंग की घटना और देख रहे हैं वो दिशाओं के बीच 240 ° से कम 0 ° और मैजंटा से कम) में करने के लिए अग्रणी, maximized रहे हैं {60 °, 0 °} चित्रा 5 में आरजीबी साजिश.

हम हम 1 आयाम करने के लिए आंदोलनों को प्रतिबंधित जब में ज्यादा के महीन कोणीय संकल्प पर प्रकाश और कैमरा कदम करने के लिए जोखिम मोल नहीं ले कर सकते हैं. चित्रा 6 एल की reflectance के की वार्णिकता से पता चलता है घटना और को देखने के दिशाओं डिस्टल पंख के रेशे के अनुदैर्ध्य अक्ष करने के लिए सीधा है जो specular के बैंड, से युक्त हवाई जहाज़ में कर रहे हैं जहां घटना और को देखने के दिशाओं, के बीच कोण के एक समारोह के के रूप में purpureus पक्षति. वार्णिकता अंतरिक्ष के माध्यम से इंद्रधनुषी रंग आर्क्स के रूप में, रंग का रंग नीला सा-हरे रंग की से बैंगनी रंग के करने के लिए पाली.

स्थानिक vari के दिशात्मक reflectance के में समझना दृश्यमान होता है, जहां अलग अलग (एक्स, वाई) अध्यावरण अलग अलग milli के-पैमाने पर संरचनाओं करने के लिए अनुरूप की समन्वय करता है. एल की मामले में purpureus केवल एक ही संरचना - डिस्टल पंख के रेशे - क्षेत्र में से ज्यादातर के खत्म हो गया दृश्यमान होता है,. इसके विपरीत करके, सी. में cupreus, तीन milli के-पैमाने पर संरचनाओं - rami, डिस्टल barbules, और प्रॉक्सिमल barbules - स्पष्ट रूप से डेटा में प्रतिष्ठित किया कर रहे हैं; हम पंख से कि reflectance के निरीक्षण कर सकते हैं (चित्रा 8) प्रत्येक संरचना के अनुदैर्ध्य अक्ष के लिए सम्मान के के साथ उन्मुख है .

चित्रा 1. इस ढांच के रूप में सिंहावलोकन दो बढ़ते तरीकों का, गोलाकार गैन्ट्री प्रणाली के समन्वय के, अधिग्रहण के नमूना लेने के और उनके संबंधित परिणामों के की प्रकार के को दर्शाया गया है. / Ftp_upload/50254/50254fig1large.jpg "लक्ष्य = को" _blank "> बड़ा आंकड़ा देखने के करने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 2. चपटा पंख लक्ष्यों के की एक अंगूठी द्वारा घिरा हुआ के एक धातु थाली में एक एपर्चर के माध्यम से दृश्यमान होता है,. ए गोलाकार गैन्ट्री एकाधिक घटना प्रकाश व्यवस्था के और देख रहे हैं वो दिशाओं से कम एक पंख से प्रकाश बिखरने को मापने के करने के लिए समक्ष रखी किया जा कर सकते हैं. एल = लाइट बांह (अक्षांश). सी = कैमरा बांह (अक्षांश). बी = कैमरा बेस (देशांतर). टी = Turntable (देशांतर). एफ = पंखिक.

चित्रा 3. है औसत दिशात्मक बिखरने पंख बादनुमा के एक बिंदु के, लाइन या आयताकार क्षेत्र से अभिकलन किया जा हो सकता है.

p_upload/50254/50254fig4highres.jpg "स्रोत: =" / files/ftp_upload/50254/50254fig4.jpg "/>
4 चित्रा. कार्यों के की साजिश रचने के (नि. * = Reflectance के लिये, T * = संप्रेषण, पी * = शीर्ष, एफ * = फ्रंट, एस * = साय्ड के लिये, A * = मनमानी) और रंग योजनाओं के (* = 1 = Luminance के, * 2 = आरजीबी दिशात्मक बिखरने का उदाहरण , * 3 = chromaticity). बड़ा आंकड़ा देखने के करने के लिए यहाँ करें पर क्लिक करें .

चित्रा 5. luminance के (शीर्ष) और (ऊंचाई कोण, दिगंश कोण) समन्वय जोड़े के से मुख्य देखी गयी मुख्य के रूप में दिशा कोज्या अंतरिक्ष में अर्धगोल reflectance के की आरजीबी रंग (नीचे): {0 °, 0 °}, {30 °, 0 °}, { 30 °, 90 °}, {60 °, 0 °}, {60 °, 45 °}, {60 °, 90 °}, और {60 °, 135 °}. reflectance के है एक तीसरे क्रम में एल के पार्श्व बादनुमा की एक 25 × 25 पिक्सेल आयताकार क्षेत्र से औसत निकाला purpureus (पर्पल ग्लॉसी स्टार्लिंग) पंख. लाल तीरों का कैमरा दिशाओं का प्रतिनिधित्व करते हैं. बड़ा आंकड़ा देखने के करने के लिए यहाँ करें पर क्लिक करें .

चित्रा 6
6 चित्रा. घटना प्रकाश व्यवस्था के और देख रहे हैं वो दिशाओं के बीच आधा-कोण के एक समारोह के के रूप में reflectance के की chromaticity:. Magnified इस क्षेत्र के साथ CIE के 19७६ यूनिफ़ॉर्म chromaticity लीब्रा (यूएससी) बड़ा आंकड़ा देखने के करने के लिए यहाँ करें पर क्लिक करें .

/ "स्रोत: =" / files/ftp_upload/50254/50254fig7.jpg "50254/50254fig7highres.jpg />
चित्रा 7. घटना प्रकाश व्यवस्था के और देख रहे हैं वो दिशाओं के बीच कोण के एक समारोह के के रूप में reflectance, के साथ (लाल) और अधोलंब डिस्टल पंख के रेशे की (छायांकित) अनुदैर्ध्य अक्ष करने के लिए में-हवाई जहाज़: (ए) प्रमुख तरंग दैर्ध्य, (बी) के प्रतिशत chroma के, (सी ) प्रतिशत luminance के. साजिश में रंग लकीर खींचने की क्रिया ए reflectance के की आरजीबी रंग है. नकारात्मक तरंग दैर्ध्य मूल्यों को गैर-वर्णक्रमीय बैंगनी रंग के त्रिकोण में रंगों का प्रतिनिधित्व करते हैं. बड़ा आंकड़ा देखने के करने के लिए यहाँ करें पर क्लिक करें .

चित्रा 8. सी. की दो आसन्न rami के बीच डिस्टल barbules और प्रॉक्सिमल barbules का औसत दिशात्मक reflectance के cupreus (वायु सेनाRican Emerald के कोयल).

चित्रा 9
9 चित्रा. गैन्ट्री दीपक द्वारा प्रबुद्ध (ए) गैर-सुधारा छवि, कैमरा पर फ़्लैश द्वारा प्रबुद्ध (बी) के गैर-सुधारा छवि, (सी) affine-तब्दील हो, फ़्लैश-प्रबुद्ध छवि, की गहराई के भीतर (डी) acceptably तेज लक्ष्यों के पर छानने का आधार लक्ष्य के उम्मीदवारों के क्षेत्र, (ई) रेक्टीफाइड दीपक-प्रबुद्ध छवि, (एफ) घुमाया गया पंख फसली और नकाबपोश, अप करने के टिप कर. बड़ा आंकड़ा देखने के करने के लिए यहाँ करें पर क्लिक करें .

Discussion

में कई के रंग - संबंधी और संरचनात्मक colorations की प्रदर्शन और समारोह अच्छी तरह से स्तर पर मान्यता प्राप्त कर रहे हैं हालांकि, में कई के इंटेगुमेंट की आकारिकी उनके संरचनात्मक विस्तार से और समारोह खराब तरीके से ²⁰ समझ में आ कर रहे हैं इतनी जटिल है कि है. इंटेगुमेंट भेद प्रदर्शित करते हुए दर्शक की ओर directionally प्रकाश प्रतिबिंबित करने के लिए जीव की सतह खत्म हो गया स्थानिक रूप भिन्न हो कि विशेषज्ञताओं विकसित किया है. दिशात्मकता मुख्य रूप से जैविक अध्यावरण की आनंददायकता में उसका रंग घटना और को देखने के कोण की परिवर्तन नहीं के साथ की पाली, और अनुसंधान करने के लिए वजह से आनंददायकता की अध्ययन में ध्यान देने की प्राप्त हुआ है मुख्य रूप से 1D garnered और कुछ 2 डी मापन के ^8,12,17 गया है. लेकिन सामान्यीकृत 6D मापन के इंद्रधनुषी या अन्यथा इंटेगुमेंट ^21-23, की अध्ययन में दिनचर्या नहीं किया गया है, और organismal रंग phenotypes के पर साहित्य हमारे विधि प्रदान करता है प्रकार की दिशात्मक रंग डेटा की कमी के कारण द्वारा विवश है.

पंख एक विशेष रूप से r के हैrami, डिस्टल barbules, और प्रॉक्सिमल barbules: milli के-पैमाने आँकड़ी की संरचना की व्यवस्थाओं जिसमें आईसीएच छिलके या वल्कल आदि से संबद्ध सामग्री. तत्वों को और उनके जटिल व्यवस्थाओं की छोटा सा पैमाने यह मुश्किल के लिए व्यक्तिगत तत्वों की प्रकाश बिखरने प्रदर्शन विचार करने के लिए बनाने के. हमारी प्रोटोकॉल को सफलतापूर्वक मैक्रो-पैमाने ज्यामिति के प्रभाव के से milli के-पैमाने संरचना पृथक किया. पंख की में दूर के-क्षेत्र हस्ताक्षर करने के लिए milli के-पैमाने पर संरचनाओं की दिशात्मक अभिव्यक्ति की कार्यात्मक परिणाम निस्र्पक के द्वारा, हम उनके अनुकूली परिणाम भुगतने में पूछताछ को सक्षम किया गया.

हम वर्णक्रमीय, स्थानिक और कोणीय संकल्प के बीच व्यावहारिक tradeoffs के का सामना करना पड़ा. हम उच्च स्थानिक, मध्यम कोणीय और हमारे अध्ययनों से पता चलता के लिए कम वर्णक्रमीय चुना है. अन्य संयोजनों प्रयोग किया जाता, लेकिन unworkably में लंबे समय के माप के बार करने के लिए कुछ (उदाहरण के लिए सब उच्च) का नेतृत्व के किया जा सकता है. यह अध्ययन किया जा रहा विशेष रूप से घटनाएं के लिए महत्वपूर्ण है जहां ध्यान दें ध्यान केंद्रित किया जाना करना आवश्यक है. एक RGB ca है को रोजगार के करने के लिए को चुनने मेंएक बायर फिल्टर मोज़ेक के साथ मेरा, हम मानव दृश्य प्रणाली से मेल खाने के करने के लिए हमारे प्रोटोकॉल डिज़ाइन किया गया. आरजीबी कैमरा की जगह है और हमारे प्रोटोकॉल किसी भी जीव की सापेक्ष रंग प्रोत्साहन को मापने के करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है, यूवी स्पेक्ट्रम में उदा संवेदनशीलता एवियन tetra के-रंगीन रंग ^24,25 को मापने के करने के लिए जरूरी कर रहा है. ए वर्णक्रमीय इमेजिंग कैमरा सबसे अधिक सामान्य समाधान ²⁵ होगा प्रदान करते हैं.

वे रंगीन और को आसानी से एक संदर्भ थाली के खिलाफ चपटा कर रहे हैं के बाद से हम तीसरे क्रम में विंग पंख के साथ हमारे प्रोटोकॉल का प्रदर्शन किया. दुर्भाग्य से, धातु की थाली की एपर्चर पंख सतह की केवल एक अंश के का पता चला. इसकी reflectance के ²⁵ को मापने के, जबकि हम एक साथ पंख सतह की 3 डी आकृति उपाय कर सकता है करते हैं, तो हम पंख flattening यंत्रवत् से बचने के और के बजाय अपनी प्राकृतिक, unflattened राज्य में पूरे पंख उपाय कर सकता है.

Visualizing डेटा के लिए इंटरएक्टिव, विशेषज्ञता प्राप्त कर, एकीकृत उपकरणों के substanti प्रदान करते हैंअल बड़े मात्रा में डेटा की खोज के और की व्याख्या के वैज्ञानिकों करने के लिए को लाभ हो. अधिक से अधिक एकीकरण और अन्तरक्रियाशीलता, डेटा में आसान कनेक्शन मनाया कर रहे हैं. हमारे सॉफ्टवेयर में, एक उपयोगकर्ता अंतःक्रियात्मक रूप से सतह स्थान में हो (चित्रा 4) के के एक समारोह के के रूप में औसत दिशात्मक बिखरने साजिश कर सकते हैं. हमारे सॉफ्टवेयर की इसके अलावा विकास अन्य की साजिश रचने के कार्यों के (आंकड़े 6, 7) इंटरैक्टिव अनुभव का विस्तार करने के को एकीकृत कर सकता.

Disclosures

ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा की.

Acknowledgments

इस शोध राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन (NSF कैरियर पुरस्कार CCF-+०३,४७,३०३ और NSF अनुदान CCF-+०५४११०५) द्वारा वित्त पोषित किया किया गया था. लेखकों उनके बौद्धिक योगदान के के लिए जारोस्लाव Krivanek, जॉन चंद्रमा, एडगर Velázquez-Armendariz, Wenzel Jakob के, जेम्स हार्वे, सुसान सुआरेज़, एलिस Loew, और जॉन Hermanson शुक्रिया अदा करना चाहूँगा. कॉर्नेल प्रतिसम गैन्ट्री Duane से Fulk, न घुलनेवाली तलछट Levoy, और ज़ीमॉन Rusinkiewicz करने के लिए वजह से एक महत्वपूर्ण डिजाइन से का निर्माण किया किया गया था.

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