Biyolojik materyalden mekansal-ve Yönde-değişen ışık saçılımı Ölçme

Bu prosedürün genel amacı, gelen ışığı kontrol etmek ve yönleri görmek için yapısal olarak karmaşık bir malzemeden saçılan ışığın yönündeki değişikliği birden fazla yapısal ölçekte ölçmek ve görselleştirmektir. Lambası bir koluna ve kamerası sırayla başka bir kola monte edilmiş olarak küresel portalın ortasına bir malzeme yerleştirin. Lambayı, yazılımdaki malzemeye odaklanmış bir küre üzerinde bir dizi ayrı konumda sistematik olarak hareket ettirirken malzemenin fotoğrafını çekin.

Malzeme üzerinde ilgilendiğiniz bir bölge seçin ve her fotoğraftaki bölgeyi oluşturan pikselleri çıkarın. Ardından, seçilen bölgeden saçılan ışıkların yönünü görselleştirmek için piksel değerlerini küre üzerindeki ilgili konumlarıyla eşleştirin. Son olarak, birden fazla kamera yönünden ve artırılmış açısal çözünürlükle ek ölçümler planlamak için verileri kullanın.

Sonuç olarak, bu yöntem araştırmacıların organizma yapısı ile yönlü görsel sinyalleşme arasındaki ilişkiyi tanımlamasına yardımcı olur. Bu tekniğin mevcut görüntüleme saçılma geometrisine göre ana avantajı, yazılımdaki karmaşık malzemelerden gelen yönlü yansımadaki uzamsal varyasyonu biyolojik olarak ilgili birden fazla ölçek üzerinde görselleştirme yeteneğimizdir. Kuş yönlü sinyalizasyonu ve kuş tüyü görünümüne odaklanmış olsak da, bu yöntem yapısal ölçek hiyerarşileri sergileyen diğer optik sistemler için geçerlidir.

Deneyin ilk adımı olarak, bir hedef halkası ile çevrili, yaklaşık yarım inçlik bir açıklığa sahip ince bir Ferris metal montaj plakası elde edin. İncelenecek tüyü plakanın arkasına yerleştirin. İlgilenilen bölgeyi diyafram açıklığı üzerinde ortalayın.

Ardından, tüyü plakaya bastırmak için tüyün arka tarafına benzer boyutta bir açıklığa sahip bir manyetik film tabakası yerleştirin. Tüyü kesmemeye dikkat ederek film ve plaka açıklıklarını hizalayın. Bu, tüyün plaka yüzeyi ile yaklaşık olarak çakışan düzlemsel bir makro yüzey sunmasıyla sonuçlanmalıdır.

Portalı yapılandırmak için. Dairesel açıklığın merkezini, portal koordinat sisteminin başlangıcına yerleştirerek başlayın. Portal dış koluna bir ışık kaynağı yerleştirin.

Işığı tüyün üzerine hedefleyin ve dar bir şekilde odaklayın. Ardından, portal iç koluna bir kamera yerleştirin. Kamera mesafesini ve makro lensin odağını, hedef halkası sensörün genişliğini doldurana kadar ayarlayın.

Bu noktada, portal kolları kalibre edilmeli ve kamera odağı ve pozlaması yapılandırılmalıdır. Kameranın optik eksenini yüzey düzlemine normal olarak konumlandırarak ölçümlere başlayın. Işığı, gelen ışık yönlerini tanımlayan bir dizi konumun ilkine yerleştirin.

Pozisyonlar, karanlık bir odada tüy üzerinde ortalanmış, küre üzerinde eşit şekilde dağıtılmalıdır. Her ışık konumu için, önceden belirlenen pozlama braketinde her pozlama süresi için bir ham görüntü yakalayın. Ardından ışığı bir sonraki konumuna getirin ve tekrarlayın.

Veriler toplandıktan sonra, her olay için görüntüleri işlemeye başlayın. Işık yönü. Tüm düşük dinamik aralıklı pozlamaları tek bir yüksek dinamik aralıklı renkli görüntüye entegre edin.

Bu yüksek dinamik aralıklı renkli görüntüler, görselleştirme için veri oluşturmak için kullanılır. İşlem verilerine göz atmak için özel basit tarayıcı uygulaması kullanılır. İlk gelen aydınlatma yönü tarafından aydınlatılan tüyün görüntüsünü içeren bir pencereye açılır.

Şimdi analiz için tüy damarının bir bölgesini seçin. Burada, mevcut seçeneklerden dikdörtgen bir bölge seçilir. Seçilen bölgeden ortalama yönlü ışık saçılımını çizin, Yansımayı yönün bir fonksiyonu olarak gösteren bir çizim penceresi.

Ortak imza, görüntü penceresinin yanında açılır, renk haritasının pozlamasını ayarlayın. Yazılımı kullanarak, birim küre üzerindeki yansıma renk haritasını parlaklık RGB ve kroma arasında değiştirmek mümkündür. GB'miz aşağıda kullanılanlarda kullanılır.

Küreyi döndürmek için üzerine tıklayın. Palet topu arayüzünü etkinleştirmek için, döndürmeye neden olacak şekilde arayüzü sürükleyin. Yansıma yarım küresini görüntülemek için, küreyi varsayılan konumuna geri getirin.

Küreyi varsayılan konumundan 180 derece döndürün. Verilerin başka bir görünümü için geçirgenlik yarım küresini görüntülemek için, birim küre üzerindeki her yönün yarıçaplarını ilgili parlaklık değerlerine göre ölçeklendirilmiş olarak görmek için kutupsal çizim modunu seçin. Işıklılık ölçekli kürenin renk haritasını RGB'den kromaya değiştirin.

Görüntülenen görüntünün aydınlatma yönü, yönlü saçılma grafiğinde kırmızı daire içine alınır. O yönden aydınlatılan geçiş yumuşatmayı göstermek için başka bir olay aydınlatma yönüne tıklayın. Aşırı pozlamayı düzeltmek için görüntünün pozlamasını azaltın.

Bir ölçek hiyerarşisindeki yansımayı araştırmak için, çizim modunu birim küreye döndürün ve RGB renk haritasını kullanın. Seçim türünü dikdörtgen bir bölgeden doğrusal bir bölgeye değiştirin. Bu, dikdörtgen bölgedeki bireysel ince ölçekli yapılardan yansımanın incelenmesine izin verecektir.

Referans için dikdörtgen ortalamayı korurken doğrusal ortalamanın yansımasını yeni bir pencerede çizin. Burada, doğrusal bölge tarafından yayılan tüyün distal çubuk katırlarının yatay boyunca ışığı yansıttığı görülmektedir. Bitişik koyu şeridi incelemek için soldaki görüntüde yüksek oranda yansıtıcı distal çubuk katırlarını görüntülemek için doğrusal çizimdeki aydınlatma yönlerinden birini seçin.

Doğrusal seçimi, geçiş yumuşatma yapısındaki o bölgeye girene kadar hareket ettirin. Doğrusal ortalama grafiğinde rami'den proksimal ES dallandığı, proksimal ES'nin ışığı dikey olarak yansıttığı görülür. Soldaki görüntüde yüksek oranda yansıtıcı proksimal paresleri görüntülemek için yönlerden birini seçin.

Doğrusal çizimde ışığı yatay ve dikey olarak yansıtan ince ölçekli yapıların, dikdörtgen çizimde görülen uzak alan sinyalini üretmek için birleştiğini gözlemleyin. Bir ölçek hiyerarşisi üzerinde yönlü ışık saçılımını ölçmek ve görselleştirmek için temel adımları gözden geçirdikten sonra, aşağıdakiler: Montaj plakasına düz bir şekilde düz bir dama desenli kalibrasyon hedefi olan geçiş yumuşatma monte edilmiş bir klips ile birden fazla kamera yönünden deneyler yapmaya hazırlanırken gelişmiş kamera kalibrasyon tekniklerini açıklayın. Kamerayı, erişimi plakaya dik olacak şekilde yerleştirin.

Tek bir görüntü yakalamak için uygun pozlama için yeterli olan herhangi bir aydınlatmayı kullanın. Matlab içindeki boogey kamera kalibrasyon araç kutusunda kullanmak için plakanın görüntülerini yakalayın. Plakaların dik ekseni üzerinde ortalanmış 120 derecelik bir koni içindeki kamera konumlarından elde edilen dokuz görüntünün yeterli olduğu kanıtlanmıştır.

Bu yapıldıktan sonra, kalibrasyon hedefine olan Z mesafesi de dahil olmak üzere kamera konumunu kalibre edin. Ardından, açıklığı çevreleyen hedef halkasını ortaya çıkaran kalibrasyon hedefini çıkarın. Biri plakaya dik bir yönden ve ikincisi otlatma açısından olmak üzere hedeflerin iki görüntüsünü yakalamak için kameraya monte edilmiş flaşı kullanın.

İki görüntü, T bir ve T iki öteleme ofsetlerini çözerek kameranın hedef halkaya ve geçiş yumuşatmaya olan mesafesini kalibre etmek için kullanılacaktır. Artık kamerayı kalibre ettiğimize göre, alternatif yönlü örnekleme desenleri kullanarak birden çok kamera yönünden gelen ışık saçılımını ölçebiliriz. Başlamak için, seyrek örneklenmiş bir gelen ışık yönleri küresi ve dikey bir kamera yönü içeren bir veri kümesini açmak için basit bir tarayıcı kullanın.

Geçiş yumuşatmadan yansıyan ışığın yönlü dağılımını görüntüleyin. Bu incelemeye dayanarak, yönlü örneklemeyi iyileştirmek için olay ışığı yönleri setini iyileştirin. Bu pozisyonlar, speküler yönleri yoğun ve seküler olmayan yönleri örneklemelidir. Seyrek.

Yarım yarım küreye eşit olarak dağıtılan altı ek kamera yönü seçin. Her yön için, yansıma yarım küresini speküler yönler için yoğun bir şekilde ve speküler olmayan yönler için seyrek olarak örnekleyin Her yarım küredeki her gelen ışık yönü için. İlk olarak, fotoğraf makinesine monte edilmiş flaşla tüyü çevreleyen hedef halkanın fotoğrafını çekin.

İkinci olarak, pozlama braketindeki her pozlamada tüyün fotoğrafını çekin. Ardından pozlamaları yüksek dinamik aralıklı renkli bir görüntüye entegre edin. Portal koordinatlarını kullanarak flaşla aydınlatılan fotoğrafı kabaca düzeltin.

Ardından, tüyün HDR görüntüsünü dikey bir yönden fotoğraflanmış gibi hassas bir şekilde yansıtmak için hedef merkezlerini bulun ve kullanın. İşlemden sonra, tüyün aynı bölgesinden yönlü yansımayı görsel olarak göz atmak için basit bir tarayıcı kullanın. Tekdüze olmayan örneklenmiş yedi yarım kürenin her birinde, kamera yönlerinin her biri için yönlü yansıma grafiklerini düzenleyin Kutupsal bir koordinat sisteminde, bu kutupsal çizimde gösterilen, mor parlak bir sığırcığın tüyü üzerinde yapılan çoklu kamera konumu ölçümleridir.

Kırmızı oklar kamera yönlerini temsil eder. Kameranın küre üzerindeki konumları iç kısımda gösterilmiştir. Görüntüleme yönlerinin her birinde, yansıyan ışık, gelen yüzlerce aydınlatma yönünden toplanır.

RGB renk verileri, tüyün yanardöner olduğunu ve normal olaylarda mavi yeşilden otlatma olaylarında eflatuna dönüştüğünü ortaya koydu. Bu teknik, olay aydınlatması ve kamera görüntüleme yönleri tek bir boyutla sınırlı olduğunda daha ince açısal çözünürlük çalışmaları için kullanılabilir. İç kısımda çizilen, gelen ve görüntüleme yönleri arasındaki yarım açının bir fonksiyonu olarak yansımanın kromasıdır.

Bu yönler, distal çubuğun uzunlamasına eksenine dik düzlemde olduğunda, yanardöner renk kromatiklik uzayı boyunca yay çizerken, renk tonu mavi-yeşilden mora kayar. Gelen ve görüntüleme yönleri arasındaki açının bir fonksiyonu olarak yansımanın baskın dalga boyu burada gösterilmektedir. Kırmızı çizgi, distal çubuğun uzunlamasına ekseni ile iki yönün düz olduğu zamana karşılık gelir.

Gölgeli bölge, yönlerin o eksene dik olduğu durumlar içindir. Gölgelemenin rengi, yansıma negatif dalgasının RGB rengidir. Uzunluk değerleri, spektral olmayan bir bölgedeki renkleri temsil eder.

Baskın dalga boyuna ek olarak, gelen ve görüş açısı arasındaki açının bir fonksiyonu olarak yansımanın yüzde kroma ve yüzde parlaklığı hakkında veriler vardır. Yine kırmızı çizgi, gelen ışık yönünün ve görüntüleme yönünün distal çubuğun uzunlamasına ekseni ile düz olduğu zamana karşılık gelir. Gölgeli bölge, yönlerin o eksene dik olduğu durumlar içindir.

Tipik bir ölçüme hakim olduktan sonra, bu teknik kullanılarak 14 saatin altında elde edilebilir ve işlenebilir. Bu teknik, ornitoloji ve bilgisayar grafikleri alanlarındaki araştırmacıların, karmaşık kuş tüyü morfolojisi ile kuş görsel sinyalizasyonunun yönlü etkileri arasındaki ilişkiyi keşfetmelerinin yolunu açtı.