使用手持式高光譜相機IQ揭示進化的秘密—在非洲沙漠研究生石花

      非洲的最南端的沙漠和半沙漠地區(qū)氣候干燥少雨，極端高溫，不適合人類居住。但這里卻是可能是世界上最為神奇的植物——生石花的故鄉(xiāng)。

      生石花也是來自東芬蘭大學(xué)的芬蘭生物學(xué)家Tommi Nyman博士和他的南非同事、來自斯坦林布什大學(xué)的植物生態(tài)學(xué)家Allan Ellis教授從進化的角度長期研究的植物。他們選擇了IQ高光譜相機來幫助研究。IQ小巧便攜、高續(xù)航，使它成為野外調(diào)查研究的絕佳選擇，此外高速拍攝的特點也能夠出色應(yīng)對沙漠地區(qū)強烈多變的光線。  
遠在天邊近在眼前

      在惡劣環(huán)境中生存的植物都需要應(yīng)對動物天敵的保護措施。生石花植物的保護措施在于偽裝：植株的絕大部分埋于地下，只有肉質(zhì)葉平整的頂部伸出地表。這使得生石花幾乎看不見、找不到。

      但是，問題在于非洲南部的南非、納米比亞和博茨瓦納三國的土壤性質(zhì)存在明顯差異，沙礫的顏色多種多樣：棕色，灰色，黃色，紅色，或幾乎全白，顆粒大小也從細沙到大卵石不等。最終你會發(fā)現(xiàn)某些生石花的后代在砂礫覆蓋的地表脫穎而出了，這也意味著它們已經(jīng)身處險境了。

      現(xiàn)在讓我們回到150多年前由達爾文和華萊士提出的進化理論的核心：假如生石花個體間頂部的顏色存在差異，假如顏色性狀由基因決定、可遺傳，假如偽裝差的個體比偽裝水平好的更容易被取食，那么生石花的顏色和圖案將隨時間逐漸趨同于當?shù)赝寥赖囊曈X屬性。

      現(xiàn)代進化論研究中的一個最核心的問題是新物種起源中生態(tài)特性的作用和地位。此次調(diào)查有可能揭開這個問題的冰山一角。假設(shè)：生石花屬內(nèi)的表型（顏色）分異是由優(yōu)化當?shù)貍窝b的選擇所驅(qū)動。
 
尋找精確顏色測量的工具

      當比較生石花和地表的顏色時，必須進行盡可能真實、精確和客觀的顏色測量，這也是高光譜成像的特長所在。

      高光譜相機非常適用于顏色測量，因為它比RGB相機更精確，也比目測更出色，并且能做到完全的客觀。高光譜相機使得定義目標的絕對顏色或相對顏色成為可能，例如在LAB彩色空間精度達到∆E<1，或者相對于與另一目標的相對顏色精度也可達∆E=0.2。這高于人的顏色感知（(∆E=1），更明顯地優(yōu)于RGB相機（通常只能達到∆E=8~10的精度）。
為什么選擇Specim IQ？

      接下來，問題的關(guān)鍵在于找到一個能在南部非洲沙漠這樣的極端環(huán)境中工作的高光譜相機。這里路途遙遠，道路崎嶇不平，溫度多變——夜晚寒冷刺骨，白日悶熱難耐；這里沙塵遍地，光線刺眼又瞬息萬變。需要找到一個能夠克服這些問題的設(shè)備。

      你需要一部小巧緊湊、結(jié)實耐用，但又能快速、高質(zhì)量成像的相機。當Tommi Nyman得知Specim IQ時，他就知道這便是他們此次遠征科考所需的相機。

      “地表崎嶇，所以你不想背太大、太重的設(shè)備。” Tommi Nyman說道。“Specim IQ是如此的小巧，既方便攜帶又可在野外使用，用它做我們需要的實驗也非常順手。”
      IQ的高續(xù)航也是一個重要的加分項。因為遠征科考隊需要在野外露營3-4晚，之后的一天才返回鎮(zhèn)上修整、備貨，也給電池充電。“在野外，我們需要一個只靠一塊電池便能工作一整天的相機。” Tommi Nyman介紹說。

      Specim IQ相機能夠快速地采集圖像數(shù)據(jù)，當光線劇烈而多變時，這點至關(guān)重要。非洲的光線從頭頂直直地照射下來，非常刺眼，影子也尖銳濃重。當云朵遮蔽太陽時，光線便會在短時間內(nèi)急劇地減弱。使用IQ你可以針對特定的光線情況設(shè)置積分時間，在下一片云朵到來完全改變了光照環(huán)境之前快速地完成拍攝。
未來？

      現(xiàn)在所有的數(shù)據(jù)都收集完畢，生石花項目的下一項工作是數(shù)據(jù)分析。相信不久的將來我們就能看到分析結(jié)果。

      但高光譜成像在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的研究仍大有可為。單單是與生石花類似的顏色性狀的相關(guān)生態(tài)學(xué)、生理學(xué)研究就是一個廣闊的、課題數(shù)量龐大的領(lǐng)域。既然IQ如此的便攜易用，未來使用它做的生態(tài)學(xué)的相關(guān)研究勢必層出不窮。
 
 
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