Het is gemakkelijk om te vergeten dat de meeste dieren de wereld niet zien zoals mensen dat doen. Door middel van infrarood- en ultravioletzicht kunnen veel dieren een wereld ervaren die volledig onzichtbaar voor ons is. Nu hebben wetenschappers echter hardware en software ontwikkeld waarmee je beelden kunt vastleggen alsof het door de ogen van dieren zoals bijen en vogels is.
Onderzoekers van de Universiteit van Sussex en het Hanley Color Lab van George Mason University geloven dat de software voor een breed scala aan toepassingen zal gelden. Daarom maken ze de software open source en moedigen ze iedereen aan, van natuurdocumentaires en ecologen tot natuurliefhebbers en vogelaars, om een kijkje te nemen in de verschillende visuele realiteiten van deze dieren.
"We zijn al lang gefascineerd door hoe dieren de wereld zien", zegt senior auteur Daniel Hanley. "Moderne technieken in de sensorische ecologie stellen ons in staat af te leiden hoe statische scènes er voor dieren uitzien; dieren nemen echter vaak cruciale beslissingen over bewegende doelen (het detecteren van voedsel, het evalueren van de prestaties van potentiële partners, enz.). Hier introduceren we bij ecologen en filmmakers hardware- en softwaretools die de kleuren kunnen vastleggen en weergeven die worden waargenomen door bewegende dieren. "
Kleur, diepte en andere visuele vermogens worden bepaald door de samenstelling van de fotoreceptoren van onze ogen en andere biologische hardware, zoals kegels en staafjes. Dieren zoals vampiervleermuizen en muggen kunnen infrarood (IR) licht waarnemen, terwijl vlinders en sommige vogels ultraviolet (UV) licht kunnen zien. Beide soorten licht vallen buiten het bereik van het kleurenspectrum dat mensen kunnen zien.
Dit maakt het uiteraard moeilijk voor mensen om het gedrag van dieren volledig te begrijpen en hoe we onbedoeld invloed kunnen hebben op hun vermogen om te communiceren, voedsel, onderdak of partners te vinden. Tot op heden is ons vermogen om het zicht van dieren vast te leggen met behulp van methoden als spectrofotometrie tijdrovend geweest, afhankelijk van specifieke lichtomstandigheden, en niet in staat om dynamische beelden vast te leggen.
En dat is waar de nieuwe ontwikkeling van de onderzoekers verschilt. Met behulp van multispectrale fotografie hebben onderzoekers nauwgezet een hulpmiddel ontworpen dat verschillende golflengten van licht opvangt, waaronder infrarood en ultraviolet. De camera neemt de video op in vier kleurkanalen, blauw, groen, rood en violet, en gebruikt vervolgens onze kennis van de receptoren in het oog van dat specifieke dier om de video te verwerken alsof deze door de ogen van het dier is opgenomen.
Het onderzoeksteam heeft een draagbaar 3D-printapparaat gebouwd dat een spectroscoop bevat die ultraviolet licht van zichtbaar licht scheidt, waarbij elk licht wordt opgevangen door een gespecialiseerde camera. UV-gevoelige camera's registreren zelf geen waarneembare gegevens, maar in combinatie met een andere camera kunnen ze samen video van hoge kwaliteit opnemen. Algoritmen stemmen de opnames af om beelden vanuit verschillende dierenperspectieven te presenteren. De gemiddelde nauwkeurigheid is 92%, maar sommige tests hebben een nauwkeurigheid van 99% bereikt.
De hardware is ontworpen om te werken met in de handel verkrijgbare camera's, en de onderzoekers maken de software ook open source in de hoop dat anderen deze kunnen aanpassen aan hun eigen specifieke behoeften op het gebied van natuurfotografie.
Hoewel het beperkingen heeft (het kan geen gepolariseerd licht opvangen en een beperkte framesnelheid heeft, waardoor het moeilijk is om snelle wezens vast te leggen), biedt het unieke inzichten die ons kunnen helpen het gedrag van dieren beter te begrijpen en onze impact op de natuurlijke wereld te verzachten.
Het team fotografeerde een museumexemplaar van de Phoebisphilea-vlinder met behulp van de valse kleur van de Bird Receptor Noise Limit (RNL). De onderzoekers merken op dat "een ander potentieel gebruik van dit systeem de snelle digitalisering van museumexemplaren is. Deze vlinder heeft zowel gepigmenteerde als structurele UV-kleuren. Het heldere magenta benadrukt gebieden die voornamelijk UV reflecteren, terwijl gebieden die paars lijken vergelijkbare hoeveelheden UV en licht met een langere golflengte reflecteren. Door het exemplaar op een standaard te monteren en langzaam te draaien, wordt aangetoond hoe iriserende kleuren veranderen met veranderende kijkhoeken. "
"Het verbergen en onthullen van beeldschermen kan problemen veroorzaken voor spectroscopie en standaard multispectrale fotografie", zeggen de onderzoekers. Hier laten we een video zien van een zwarte zwaluwstaartrups die zijn rui-apparaat toont. We illustreren deze video met behulp van valse bijenkleuren, waarbij ultraviolette, blauwe en groene kwantumvallen respectievelijk in blauw, groen en rood worden weergegeven. De gele vlekken op de rug van de rups en (bij mensen) gele irissen zijn sterk reflecterend in UV-licht, en wanneer de kleur wordt overgeschakeld naar een valse kleur, lijken ze magenta (vanwege de sterke reacties van de UV-gevoelige fotoreceptoren van de bij en groen-gevoelige fotoreceptoren, die respectievelijk in blauw en rood worden weergegeven). Veel van de roofdieren van de rups voelen UV-licht, dus deze kleuring kan een effectief apocalyptisch signaal zijn."
Apis-visual van bijen die op bloemen foerageren en er interactie mee hebben. Het team merkt op dat "het camerasysteem in staat is om primitief gedrag vast te leggen dat van nature voorkomt. Drie korte clips tonen bijen die foerageren (eerste en tweede clip) en vechten (derde clip) in hun natuurlijke omgeving. De video's worden weergegeven in valse bijenkleuren (waarbij de ultraviolette, blauwe en groene fotoreceptorreacties van de bijen worden weergegeven als respectievelijk blauw, groen en rood). "
Tenslotte worden kleurrijke pauwenveren gezien door de ogen van vier verschillende dieren. In dit geval de neef van de pauw, de pauw, plus mensen, bijen en honden.
"Fotografische systemen kunnen hoekafhankelijke structurele kleuren zoals irisatie meten", legt het team uit. "Dit wordt hier geïllustreerd met een video van zeer iriserende pauwenveren (Pavocristatus). De kleuren in deze video vertegenwoordigen (A) de valse kleuren van een pauwenveer, met blauwe, groene en rode kwantumvangst afgebeeld als respectievelijk blauw, groen en rood, en ultraviolette superpositie als magenta. " Hoewel het ongeveer hetzelfde is als in de standaardkleurenvideo, is UV-irisescentie zichtbaar in de blauwgroene weerhaken ("oogvlekken") van de oogbal (geannoteerd na ongeveer 5 seconden in de video). Interessant is dat deze irisatie ook beter zichtbaar is in de periferie van de oogbol (tussen de twee groene strepen aan de buitenkant) dan bij (B) mensen (standaardkleur), (C) bijen of (D) honden.
Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift PLOS Biology.