“紅(hong)外熱(re)成像(xiang)+計算機視(shi)覺”動(dong)物(wu)行為研(yan)究(jiu)系(xi)統

    工(gong)業領域(yu)的某(mou)些技(ji)術(shu)手段(duan)因(yin)其成熟(shu)的體(ti)系(xi)和強(qiang)大的適應能(neng)力(li)，常常(chang)被(bei)引(yin)入到(dao)科研(yan)領域(yu)。引(yin)入(ru)後往往能(neng)給(gei)學者(zhe)莫大的驚喜，給(gei)他們(men)的課(ke)題(ti)帶來(lai)驚人的突(tu)破。這(zhe)裏(li)介紹的基於紅(hong)外熱(re)成像(xiang)和計算機視(shi)覺的動(dong)物(wu)行為研(yan)究(jiu)系(xi)統便(bian)是其中(zhong)壹例(li)。

    熱(re)成像(xiang)是記(ji)錄(lu)地(di)球(qiu)上任何物(wu)體釋放的、在(zai)電(dian)磁(ci)波譜(pu)中(zhong)處(chu)於(yu)紅(hong)外波段(duan)的光並且(qie)對其成像(xiang)的技(ji)術(shu)。物(wu)體和生命(ming)體的狀(zhuang)態和(he)屬(shu)性能(neng)夠(gou)通(tong)過它(ta)們(men)表面(mian)的溫(wen)度分(fen)布(bu)圖(tu)像來(lai)衡量(liang)。熱(re)成像(xiang)的應用領域(yu)非(fei)常廣(guang)泛，例(li)如(ru)工(gong)業、安(an)防、軍事、科研(yan)等(deng)。在(zai)自然科學研(yan)究(jiu)中(zhong)，相(xiang)較於(yu)其他方法(fa)，熱(re)成像(xiang)技(ji)術(shu)提供了壹種安(an)全、無損(sun)傷(shang)的測量(liang)和(he)數據獲(huo)取手段。而且(qie)在(zai)人類(lei)醫學和獸(shou)醫學、生態學、動物(wu)學等(deng)領域(yu)已有大量(liang)的應用。

    在(zai)動物(wu)行為學研(yan)究(jiu)領(ling)域(yu)，紅(hong)外熱(re)成像(xiang)可(ke)用(yong)來(lai)測量(liang)處(chu)於(yu)脅(xie)迫條(tiao)件(jian)下(xia)、進(jin)行不(bu)同類(lei)型的行(xing)為(wei)時(shi)的體(ti)溫(wen)變化(hua)。

    如(ru)日(ri)本(ben)京都(dou)大學類(lei)人猿研(yan)究(jiu)院(yuan)的中(zhong)山(shan)借助紅(hong)外熱(re)成像(xiang)技(ji)術(shu)發現(xian)在(zai)有潛在(zai)威脅(xie)的人(ren)（如(ru)手持抓(zhua)捕網、身(shen)著實(shi)驗服(fu)的工(gong)作(zuo)人(ren)員）在(zai)場時(shi)，獼(mi)猴鼻區的溫(wen)度在(zai)10-30s內(nei)顯(xian)著(zhu)下(xia)降(jiang)。同時(shi)獼(mi)猴通(tong)過露齒(chi)和(he)其他面部表情(qing)表達(da)它們(men)的負面情(qing)緒。中(zhong)山(shan)等(deng)人據此判斷(duan)：鼻區溫度的降(jiang)低能(neng)夠(gou)作(zuo)為(wei)非(fei)人類(lei)靈長類(lei)情(qing)緒從(cong)中(zhong)性到(dao)負面變化(hua)的壹個可(ke)靠(kao)和準(zhun)確(que)指(zhi)標。

    在(zai)昆蟲(chong)的冷適應行為及生理(li)學研(yan)究(jiu)中(zhong)，紅(hong)外熱(re)成像(xiang)更(geng)能(neng)克服(fu)掃(sao)描(miao)量(liang)熱(re)法(fa)、熱(re)電(dian)偶(ou)等(deng)傳統(tong)手段(duan)必須(xu)保(bao)證實(shi)驗昆蟲靜(jing)止不(bu)動的弊(bi)端，動態測量(liang)和(he)記(ji)錄(lu)昆(kun)蟲(chong)的行(xing)為(wei)、體溫(wen)。

    如(ru)Christopher等(deng)人使(shi)用紅(hong)外熱(re)成像(xiang)技(ji)術(shu)研(yan)究(jiu)了(le)高山采集的蠍(xie)蛉(ling)的冷適應過程(cheng)、行(xing)為(wei)響(xiang)應和生理(li)響應，證明紅(hong)外熱(re)成像(xiang)技(ji)術(shu)能(neng)夠(gou)提(ti)供的大量(liang)生理(li)學信(xin)息(xi)，如(ru)過冷卻(que)點、致(zhi)死(si)低溫等(deng)，且(qie)該手段(duan)獲(huo)取的信(xin)息(xi)因(yin)為不(bu)會限(xian)制(zhi)昆蟲的運(yun)動、更(geng)接近(jin)自然環境(jing)，因(yin)而更(geng)加(jia)具有生物(wu)學意義。

    Hristov等(deng)人使(shi)用紅(hong)外熱(re)成像(xiang)相(xiang)機對大群聚(ju)居、自由(you)放養的巴(ba)西無(wu)尾蝙(bian)蝠進行(xing)觀(guan)察(cha)，證明紅(hong)外熱(re)成像(xiang)技(ji)術(shu)是調查群居蝙(bian)蝠覓食(shi)等(deng)行為(wei)的寶(bao)貴(gui)工(gong)具(ju)。計算機視(shi)覺的相(xiang)關算(suan)法(fa)也被(bei)使(shi)用，用於識(shi)別(bie)和(he)追蹤飛翔(xiang)的蝙(bian)蝠，並且(qie)將它(ta)們(men)和其他溫度相(xiang)近(jin)的物(wu)體區分(fen)開(kai)來(lai)，終(zhong)確(que)定了在(zai)洞中(zhong)棲息和(he)覓食(shi)的蝙(bian)蝠的總(zong)數量(liang)。

    大量(liang)研(yan)究(jiu)案(an)例(li)表明(ming)，紅(hong)外熱(re)成像(xiang)能(neng)夠(gou)用(yong)於(yu)研(yan)究(jiu)野外自由(you)散養、采用(yong)傳(chuan)統方式很難(nan)觀(guan)察的動(dong)物(wu)。

    以“紅(hong)外熱(re)成像(xiang)”為基礎的動(dong)物(wu)觀測系(xi)統(tong)由(you)紅(hong)外熱(re)成像(xiang)相(xiang)機、專(zhuan)業熱(re)成像(xiang)軟件(jian)等(deng)部分(fen)組(zu)成。如需(xu)野外監測使(shi)用(yong)，可(ke)選(xuan)配相(xiang)機室(shi)外防護(hu)罩(zhao)、固定支架(jia)等(deng)配件(jian)。

    紅(hong)外熱(re)成像(xiang)相(xiang)機選(xuan)用高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)（640×512）、鏡頭(tou)可(ke)更(geng)換(huan)可(ke)聚(ju)焦的WIC640熱(re)成像(xiang)相(xiang)機。高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)保(bao)證了長(chang)距離監控時(shi)能(neng)夠(gou)拍(pai)攝(she)到(dao)高清(qing)晰度的照(zhao)片。焦距決定了相(xiang)機視(shi)場角(jiao)的大小(xiao)，因(yin)此，WIC相(xiang)機的鏡頭(tou)具(ju)有手動聚(ju)焦的功能(neng)和可(ke)更(geng)換(huan)的設(she)計，能(neng)夠(gou)使(shi)我們(men)可(ke)根(gen)據安(an)裝的實(shi)際場地靈活(huo)地選(xuan)擇合適的焦(jiao)距(ju)。除(chu)此之(zhi)外，WIC相(xiang)機使(shi)用(yong)了USB3.0或(huo)者(zhe)以太(tai)網路線的供電(dian)方(fang)式，耗電(dian)量(liang)極(ji)低，從(cong)而避(bi)免(mian)了特(te)殊(shu)的制(zhi)冷設(she)備的使(shi)用(yong)，也大大縮小(xiao)了(le)相(xiang)機的尺(chi)寸(cun)，非(fei)常適合野外使用。WIC相(xiang)機具(ju)有的高(gao)度可(ke)定制化(hua)和優良(liang)的環(huan)境(jing)適應性。

    為了保(bao)證紅(hong)外熱(re)成像(xiang)相(xiang)機能(neng)夠(gou)在(zai)復雜(za)多變(bian)的自然環境(jing)下(xia)正常工(gong)作(zuo)，WIC相(xiang)機配備了專(zhuan)業的室(shi)外防護(hu)罩(zhao)及(ji)安(an)裝支架(jia)和(he)配件(jian)。防(fang)護(hu)罩(zhao)具(ju)備IP67的防(fang)護(hu)等(deng)級（高(gao)的防(fang)塵(chen)等(deng)級和(he)僅次(ci)於長(chang)時(shi)間浸(jin)泡的防(fang)水(shui)等(deng)級），並(bing)內(nei)置(zhi)了(le)加(jia)熱(re)系統(tong)和鍺(zhe)窗（鍺(zhe)元(yuan)素(su)化(hua)學性質(zhi)較為(wei)穩定且(qie)在(zai)遠紅(hong)外波段(duan)透光性較好），因(yin)此能(neng)夠(gou)出色(se)應對灰塵(chen)、雨雪(xue)、冰凍等(deng)惡(e)劣(lie)天氣。

    壹款(kuan)的產(chan)品(pin)離不(bu)開友(you)好的軟件(jian)。WIC相(xiang)機配備出色(se)的專(zhuan)業的熱(re)成像(xiang)采集和分(fen)析(xi)軟件(jian)——Coreplayer。除(chu)了(le)能(neng)夠(gou)自動識(shi)別(bie)和(he)配置(zhi)地(di)址，快(kuai)速(su)穩定地連(lian)接相(xiang)機外，Coreplayer還(hai)包含(han)多種調色板(ban)和(he)測量(liang)工(gong)具(ju)，實(shi)現了點、線、面的動(dong)態測量(liang)和(he)直(zhi)觀呈(cheng)現(xian)。

拍(pai)攝(she)圖(tu)片展(zhan)示：

    對於(yu)研(yan)究(jiu)動(dong)物(wu)行為的學者(zhe)，尤(you)其是昆蟲(chong)學家，怎(zen)樣(yang)觀察(cha)動(dong)物(wu)的行(xing)為(wei)是個令(ling)人頭(tou)大的難(nan)題(ti)。野外觀察更(geng)難，主(zhu)要在(zai)於定位個體和(he)整(zheng)個生命(ming)周(zhou)期的持續(xu)觀察(cha)。當研(yan)究(jiu)者(zhe)需(xu)要對行(xing)為做定量(liang)分(fen)析(xi)時(shi)難度又(you)增(zeng)加(jia)了壹層(ceng)。所(suo)以近(jin)年(nian)來(lai)，工(gong)業領域(yu)的機器(qi)視(shi)覺和(he)計算機視(shi)覺被(bei)用(yong)來(lai)克(ke)服(fu)上述(shu)動(dong)物(wu)行為學研(yan)究(jiu)中(zhong)碰(peng)到(dao)的現(xian)實(shi)問題(ti)，進壹步(bu)揭示(shi)動物(wu)的行(xing)為(wei)模(mo)式。

    計算機視(shi)覺是(shi)指(zhi)用攝(she)影(ying)機和(he)計算機代(dai)替(ti)人眼(yan)，對目(mu)標進行識(shi)別(bie)、跟(gen)蹤和測量(liang)，並(bing)進(jin)壹步(bu)處(chu)理(li)獲取的圖(tu)像(xiang)，從中(zhong)獲(huo)取信(xin)息(xi)。計算機視(shi)覺結(jie)合了(le)機器(qi)視(shi)覺和(he)圖像分(fen)析(xi)技(ji)術(shu)，目標(biao)是從圖像中(zhong)獲(huo)取物(wu)理對象的明(ming)確(que)而有意義的描(miao)述(shu)。機器(qi)視(shi)覺通(tong)常用在(zai)工(gong)業和機器(qi)人(ren)領域(yu)，而(er)圖(tu)像(xiang)分(fen)析(xi)技(ji)術(shu)指(zhi)的是(shi)2D圖(tu)像的算(suan)法(fa)分(fen)析(xi)和圖(tu)像(xiang)的轉(zhuan)換(huan)（旋轉(zhuan)等(deng)）。對於(yu)動物(wu)行為學研(yan)究(jiu)，另壹個關鍵(jian)的描(miao)述(shu)是(shi)物(wu)理對象的運(yun)動。如(ru)下(xia)圖(tu)，C. Ferrario等(deng)人為(wei)研(yan)究(jiu)不(bu)同濃度的殺(sha)蟲(chong)劑毒(du)死(si)蜱（CPF）對大型溞遊泳行(xing)為(wei)的影(ying)響(xiang)，便(bian)使用了(le)行(xing)為(wei)觀測中(zhong)常(chang)見的運(yun)動時(shi)間、距(ju)離(li)和(he)速(su)率(lv)等(deng)參(can)數。

    以“計算機視(shi)覺”為(wei)基礎的動(dong)物(wu)行為觀測系(xi)統(tong)由(you)動物(wu)行為分(fen)析(xi)軟件(jian)、動(dong)物(wu)活(huo)動室/池、攝(she)像(xiang)頭(tou)等(deng)組(zu)成，通(tong)過數碼攝(she)像(xiang)頭(tou)錄(lu)制(zhi)數碼視(shi)頻，並(bing)通過軟件(jian)在(zai)計算機上根(gen)據反(fan)差法(fa)（彩(cai)色(se)或(huo)黑(hei)白）原(yuan)理對視(shi)頻中(zhong)的目(mu)標(biao)動物(wu)進行行為分(fen)析(xi)。

    可(ke)用(yong)於單(dan)目(mu)標(biao)動(dong)物(wu)行為觀測分(fen)析(xi)和多(duo)目(mu)標動物(wu)行為觀測分(fen)析(xi)，可(ke)以對多(duo)孔板中(zhong)的動(dong)物(wu)、迷(mi)宮(gong)、野外開闊(kuo)區域(yu)、魚(yu)缸（池）、動物(wu)籠舍(she)中(zhong)的動(dong)物(wu)如昆蟲、魚類(lei)、爬(pa)行類(lei)、嚙齒(chi)類(lei)或(huo)其他動物(wu)及野外動物(wu)的行(xing)為(wei)視(shi)頻進(jin)行分(fen)析(xi)。

    可(ke)獲(huo)得(de)數10種行(xing)為(wei)學參(can)數，包括(kuo)活(huo)動時(shi)間與(yu)非(fei)活(huo)動時(shi)間、運(yun)行速(su)度、加(jia)速(su)度、移(yi)動(dong)距(ju)離、移(yi)動(dong)方向(xiang)、在(zai)某(mou)壹區域(yu)的逗(dou)留(liu)時(shi)間、在(zai)某(mou)壹區域(yu)的出現(xian)次(ci)數及對興(xing)趣點的接(jie)觸(chu)次(ci)數等(deng)。

    “紅(hong)外熱(re)成像(xiang)+計算機視(shi)覺”動(dong)物(wu)行為研(yan)究(jiu)系(xi)統充分(fen)利(li)用了(le)工(gong)業領域(yu)的成熟(shu)技(ji)術(shu)，可(ke)同時(shi)用於(yu)昆蟲(chong)等(deng)動物(wu)行為學、生理(li)學等(deng)領域(yu)，既(ji)能(neng)獲取基本(ben)的形(xing)態學參(can)數，又(you)能(neng)通過體(ti)溫(wen)變化(hua)得(de)出大量(liang)生物(wu)學信(xin)息(xi)。

北(bei)京易(yi)科泰(tai)生態技(ji)術(shu)公司為(wei)您(nin)提(ti)供能(neng)量(liang)代(dai)謝(xie)測量(liang)和(he)動(dong)物(wu)行為研(yan)究(jiu)全面解(jie)決(jue)方案：

果(guo)蠅／昆(kun)蟲(chong)能(neng)量(liang)代(dai)謝(xie)測量(liang)技(ji)術(shu)方案(an)

實(shi)驗動物(wu)能(neng)量(liang)代(dai)謝(xie)測量(liang)技(ji)術(shu)方案(an)

斑馬魚(yu)／魚類(lei)能(neng)量(liang)代(dai)謝(xie)測量(liang)技(ji)術(shu)方案(an)

便(bian)攜式動物(wu)能(neng)量(liang)代(dai)謝(xie)測量(liang)技(ji)術(shu)方案(an)

模(mo)塊(kuai)式實(shi)驗室人體能(neng)量(liang)代(dai)謝(xie)測量(liang)技(ji)術(shu)方案(an)

便(bian)攜式人體(ti)能(neng)量(liang)代(dai)謝(xie)測量(liang)技(ji)術(shu)方案(an)

紅(hong)外熱(re)成像(xiang)系統

實(shi)驗動物(wu)活(huo)體紅(hong)外成像(xiang)系統

VISIR動物(wu)行為觀測系(xi)統(tong)

魚類(lei)遊泳能(neng)力(li)研(yan)究(jiu)系(xi)統