全新攝影機系統與軟體：精準紀錄動物眼中自然世界影像

有一款全新的攝影機系統及其配套軟體，能讓科學家製作出影片，精準再現不同動物在自然環境中所見的色彩。

不同動物因眼睛裡光感受器的能力各異，對世界的感知也有所不同。

舉例來說，像蜜蜂和某些鳥類等動物，能看見人類感知範圍以外的紫外線。

重現動物實際看到的色彩，有助於科學家更深入理解牠們如何溝通，以及在周遭世界中活動的方式。

偽彩色影像讓我們得以窺探這個充滿活力的世界，但像分光光度計法等傳統方法，往往耗時費力，需要特定的照明條件，而且無法捕捉動態影像。

喬治梅森大學的資深作者丹尼爾・漢利博士及其同事表示：「動物如何看待這個世界？」

「自現代科學興起以來，這個簡單的問題就激發了我們的想像力，並推動了科學發現。」

「每種動物都擁有一套獨特的光感受器，其敏感度涵蓋從紫外線到紅外線，以適應牠們的生態需求。」

他們還提到：「此外，許多動物能偵測偏振光。」

「因此，每種動物對色彩的感知都不同。由於我們的眼睛和市售攝影機都無法捕捉如此多樣的光線變化，大片的視覺領域仍有待探索。」

「這也使得動物視覺的偽彩色影像變得強而有力且引人入勝。」

瓦薩斯等人展示了3隻雄性北美黃粉蝶（Colias eurytheme）。這些蝴蝶翅膀背面呈現出強烈的角度依賴性紫外線虹彩。在人類觀察者眼中，紫外線虹彩部分比原本的黃色翅膀更偏橙色（見人眼可見的插圖）。鳥類視角的偽彩色描繪（主圖）是基於受體噪聲限制（RNL）對立空間的座標。這個空間中的座標代表動物光感受器反應的差異，座標之間的距離近似於色彩之間的感知距離。插圖中的色標顯示了根據RNL座標著色的圓週週圍人眼可見的顏色，其中紫外線顏色從圓心開始，並與其他顏色混合。在這種描繪中，紫外線虹彩部分呈現紫色，因為它們在紫外線和光譜的紅色部分反射最強。動物休息時可見的翅膀腹面被描繪成灰棕色，就像樹葉一樣，因為它們接近無色點。圖片出處：瓦薩斯等人，doi: 10.1371/journal.pbio.3002444。

為瞭解決這些限制，研究人員研發出一套全新的攝影機和軟體系統，能在自然光照條件下捕捉移動物體的動物視角影片。

這款攝影機能同時在四個色彩頻道錄製影片：藍色、綠色、紅色和紫外線。

根據已知的動物眼睛光感受器知識，這些資料可以被處理成「感知單位」，以製作出動物如何感知這些色彩的精準影片。

科學家將該系統與使用分光光度計的傳統方法進行對比測試，發現新系統預測感知色彩的準確率超過92%。

這套全新的攝影機系統將為科學家開闢新的研究途徑，也能讓電影製作人精準生動地呈現動物眼中的周遭世界。

該系統由市售攝影機組成，安裝在模組化的3D列印外殼中，軟體也是開源的，方便其他研究人員未來使用並在此技術基礎上進行拓展。

漢利博士表示：「長久以來，我們一直對動物如何看待世界深感著迷。」

「感官生態學的現代技術讓我們得以推斷靜態場景在動物眼中的樣子；然而，動物常常要對移動目標做出關鍵決策（例如，偵測食物、評估潛在配偶的展示等）。」

「我們為生態學家和電影製作人提供了硬體和軟體工具，能捕捉並展示動物所感知的動態色彩。」

該團隊的研究成果發表在《公共科學圖書館・生物學》期刊上。

V. 瓦薩斯等人，2024年。使用全新攝影機系統和軟體套件記錄自然世界的動物視角影片。《公共科學圖書館・生物學》22(1): e3002444；doi: 10.1371/journal.pbio.3002444