Високошвидкісні камери простежили за конкретною рибою в акваріумі

Японські інженери створили систему відстеження окремих особин риб в акваріумі з високою швидкістю і роздільною здатністю, а також з постійно підлаштованим фокусом завдяки рідкокристалічній лінзі. Алгоритм стеження працює тільки з невеликою еліптичною областю навколо риби, а не всім кадром, тому він може працювати в реальному часі, відрізняючи риб, що знаходяться поруч. Опис системи опубліковано на сайті авторів.

Вивчення рухів, поведінки та взаємодії живих істот важливе для вчених, але у випадку з невеликими водоплавними або літаючими тваринами це досить складно технічно, багато в чому саме через їх розмір. Це завдання стає ще складнішим, якщо спостерігати необхідно за тваринами, які живуть не поодинці, а в групі, і при цьому візуально вони слабо відмінні між собою. Цю проблему можна вирішити ізоляцією окремої особини, але в такому випадку дослідження взаємодії з іншими особинами стає неможливим. Також можна використовувати візуальні маркери, але вони можуть вплинути на сприйняття особи рештою групи, а значить, отримані дані не будуть достовірно відображати природну поведінку тварин.

Група інженерів з Токійського університету під керівництвом Масатосі Ісікави (Masatoshi Ishikawa), яка кілька років активно розробляє високошвидкісні системи зйомки і проекції, використовувала свої напрацювання для створення системи, що дозволяє проводити якісні спостереження за конкретною рибою в акваріумі з кількома рибами.

Система встановлюється з двох сторін від акваріума. До її складу входять компоненти двох типів: камери для зйомки і стеження, і рухомі дзеркала. Знизу під акваріумом встановлено велике статичне дзеркало. Від нього промені з акваріума відбиваються на 45 градусів і потрапляють на систему з двох рухомих нахиляних дзеркал, які, в свою чергу, через ще одне напівпрозоре дзеркало перенаправляють промені в об'єктиви двох камер з вузьким полем зору (одна з них має більше поле огляду, ніж друга) і частотою зйомки 1000 кадрів на секунду. Це дозволяє постійно тримати об'єкт дослідження в полі зору камери. Алгоритм застосовує метод триангуляції і за даними з ширококутної камери і однією з камер з телезв'єктивом розраховує положення риби в просторі.

Система з рухомих дзеркал компенсує зсув риби тільки в площині, паралельній площині зйомки, а риба може зрушуватися і перпендикулярно площині, через що вона буде перебувати не у фокусі об'єктива. Для цього в телеоб'єктивах встановлені рідинні лінзи, які можуть швидко змінювати точку фокусу під дією електричного поля.

Розробники застосували алгоритм, який в реальному часі аналізує невелику еліптичну область навколо передньої частини риби на кадрах з ширококутної і довгофокусної камер. Це дозволяє тримати рибу в центрі кадру і не плутати сусідніх риб між собою, коли вони підпливають близько один до одного.

Нещодавно французькі інженери створили систему стеження для невеликих літаючих комах. По конструкції вона нагадує камеру-павука, яка пересувається по заданій області на тросах. У центрі на тросах закріплений каркас з камерами з боків і комах всередині. Коли воно починає летіти до кордону каркасу, троси рухаються у відповідну сторону і таким чином весь час залишають його в центрі кадру.