摄像头捕捉动物眼中的世界准确率高达99%

人们很容易忘记，大多数动物并不像人类那样看世界。事实上，通过红外线和紫外线视觉，许多动物都能体验到我们完全看不到的世界。不过，现在科学家们已经开发出了硬件和软件，可以让您捕捉到仿佛是通过蜜蜂和鸟类等动物的眼睛拍摄的画面。

苏塞克斯大学（University of Sussex）和乔治梅森大学（George Mason University）汉利色彩实验室（Hanley Color Lab）的研究人员相信，这款软件将有广泛的用途。因此，他们将该软件开源，鼓励从自然纪录片制作人、生态学家到户外运动爱好者和观鸟者等所有人都来窥探这些动物截然不同的视觉现实。

“资深作者丹尼尔-汉利（Daniel Hanley）说：”长期以来，我们一直对动物如何观察世界着迷。”感官生态学的现代技术让我们能够推断出静态场景在动物眼中的样子；然而，动物经常会对移动目标（探测食物、评估潜在配偶的表现等）做出关键决定。在这里，我们为生态学家和电影制作人介绍了能够捕捉和显示动物在运动中感知到的颜色的硬件和软件工具。

相机系统对 (1) 紫外线和 (2) 可见光敏感，加上 (3) 模块化笼，以及 (4) 嵌入式（见箭头）定制支架内的放大镜。在这里，它安装在市售 (5) Novoflex BALPRO 波纹管系统上瓦萨斯等人/PLOS 生物学/(CC0 1.0)

颜色、深度和其他视觉能力是由我们眼睛的感光器构成以及其他生物硬件（如锥体和视杆细胞）决定的。吸血蝙蝠和蚊子等动物可以感知红外线（IR），而蝴蝶和一些鸟类可以看到紫外线（UV）。这两种光都超出了人类所能看到的色谱范围。

自然，这就使得人类很难完全理解动物的行为，以及我们可能如何在无意中影响它们交流、寻找食物、住所或配偶的能力。迄今为止，我们通过分光光度法等方法捕捉动物视觉的能力都非常耗时，依赖于特定的光照条件，而且无法记录动态图像。

而这正是研究人员新研发成果的不同之处。研究人员利用多光谱摄影技术煞费苦心地设计了一种工具，可以捕捉不同波长的光线，包括红外线和紫外线。摄像机以蓝、绿、红、紫四种颜色通道记录视频，然后根据我们对特定动物眼睛感受器的了解，对视频进行处理，使其如同通过动物的眼睛拍摄的一样。

视频记录可以准确估算出动物视觉光谱范围内的量子捕获量。在这种情况下，对于蜜蜂（左）和对紫外线敏感的鸟类（右）来说瓦萨斯等人/PLOS 生物学/(CC0 1.0)

研究小组制作了一个便携式 3D 打印设备，该设备包含一个分光镜，可将紫外线与可见光分开，每种光线都由一个专用摄像头捕捉。紫外线感光相机本身并不能记录可感知的数据，但与另一个相机配对后，它们就能共同记录高质量的视频。算法将镜头对齐，以不同动物的视角呈现视觉效果。它的平均准确率为 92%，但有些测试的结果是 99%。

硬件的设计适用于市面上的照相机，研究人员还将软件开源，希望其他人也能根据自己特定的野生动物拍摄需求进行调整。

虽然它也有局限性–不能捕捉偏振光，帧率有限，因此很难捕捉到速度快的生物–但它提供了独特的见解，有助于我们进一步了解动物的行为，帮助我们减轻对自然世界的影响。

研究小组用鸟类受体噪声限制（RNL）假色拍摄了一只Phoebis philea蝴蝶的博物馆标本。研究人员指出”该系统的另一个潜在用途是对博物馆标本进行快速数字化。这种蝴蝶具有色素和结构性紫外线色彩。明亮的品红色突出了主要反射紫外线的区域，而呈现紫色的区域则反射类似数量的紫外线和长波长光。将标本安装在支架上并缓慢旋转，可以展示虹彩颜色如何随观察角度的变化而变化。

蜜蜂视觉中毛毛虫的反捕食展示。

研究人员说：”隐藏和显露显示会给光谱学和标准多光谱摄影带来问题。在这里，我们展示了一段黑燕尾凤蝶毛虫展示其蜕皮器的视频。我们用蜜蜂假色来说明这段视频，紫外线、蓝色和绿色量子捕捉器分别显示为蓝色、绿色和红色。毛虫背部的黄色斑点和（人类的）黄色虹膜在紫外线下都有很强的反射，而当色彩转换成蜜蜂假色时，它们则呈现洋红色（因为蜜蜂的紫外线敏感光感受器和绿色敏感光感受器的强烈反应分别被描绘成蓝色和红色）。毛虫的许多捕食者都能感知紫外线，因此，这种着色可能是一种有效的启示信号”。

蜜蜂在花朵上觅食和互动的Apis视觉。研究小组指出”摄像系统能够捕捉到自然发生的原始行为。三个短片分别描述了蜜蜂在自然环境中觅食（第一和第二个短片）和打斗（第三个短片）的情景。视频以蜜蜂假色显示（将蜜蜂的紫外线、蓝色和绿色感光器反应分别显示为蓝色、绿色和红色）。

最后，通过四种不同动物的眼睛看到了五彩斑斓的孔雀羽毛。在这种情况下，孔雀的同类–孔雀，加上人类、蜜蜂和狗。

研究小组解释说：”照相系统可以测量与角度有关的结构色彩，例如虹彩。这里通过一段高度虹彩的孔雀（Pavo cristatus）羽毛视频来说明这一点。这段视频中的颜色代表（A）孔雀羽毛的假色，其中蓝色、绿色和红色量子捕获分别描绘为蓝色、绿色和红色，紫外线叠加为品红色。虽然与标准彩色视频大致相同，但在眼球的蓝绿色倒钩（”眼斑”）上可以看到紫外线虹彩（视频中大约 5 秒钟处有注释）。此外，还可以看到眼球周围（外侧两条绿色条纹之间）的紫外线虹彩。有趣的是，与(B)人类（标准色）、(C)蜜蜂或(D)狗相比，这种虹彩在孔雀身上更为明显。