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，高溫，不適合人類居住。但這里卻是神奇的植物—生石花的故鄉(xiāng)。

生石花也是來自東芬蘭大學的芬蘭生物學家Tommi Nyman博士和他的南非同事、來自斯坦林*大學的植物生態(tài)學家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)查研究的選擇，此外高速拍攝的特點也能夠出色應對沙漠地區(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對動物天敵的保護措施。生石花植物的保護措施在于：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*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，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：生石花屬內(nèi)的表型（顏色）分異是由優(yōu)化當?shù)?/span>選擇所驅動。

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*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，問題的關鍵在于找到一個能在南部非洲沙漠這樣的環(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備。

你需要一部小巧緊湊、結實耐用，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置積分時間，在下一片云朵到來*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果。

但高光譜成像在生態(tài)學領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生態(tài)學、生理學研究就是一個廣闊的、課題數(shù)量龐大的領域。既然IQ如此的便攜易用，未來使用它做的生態(tài)學的相關研究勢必層出不窮。

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