非洲Z南端的沙漠和半沙漠是荒涼的地方，氣候干旱，降雨量少，氣溫極高。 但這里是上Z奇怪的植物—石頭花的產(chǎn)地。同時也是芬蘭生物學(xué)家University of Eastern Finland Tommi Nyman博士和挪威NIBIO Svanhovd以及南非University of Stellenbosch的植物生態(tài)學(xué)家Allan Ellis教授從進化論角度研究植物的地方。

石頭花的偽裝

    在惡劣的環(huán)境中，所有植物都需要某種偽裝以免受動物的侵害。石頭花十分擅長偽裝：身體大部分埋在土壤中，只將它多汁的葉子平頂突出到土壤表面，這使得石頭花很難被發(fā)現(xiàn)。但是由于在南非、納米比亞和博茨瓦納的土壤性質(zhì)差異很大，土壤中的礫石可以是棕色、灰色、黃色、紅色或幾乎是白色，粒徑也可以從細砂到大卵石。隨著時間的推移，一些石頭花的后代會發(fā)現(xiàn)自己得顏色相對應(yīng)周圍的環(huán)境十分顯眼，處于一個十分容易被天敵發(fā)現(xiàn)的環(huán)境中。

圖1 石頭花的生長環(huán)境

尋找一個準確的顏色測量工具

    研究者們提到：“在石頭花的研究過程中，由于石頭花和環(huán)境的顏色十分接近，必須尋找一個工具盡可能準確和客觀地測量顏色，這也就是我們選擇高光譜成像技術(shù)的出發(fā)點?！?/p>

    高光譜相機非常適合顏色測量，因為它比RGB相機更準確，而且不像主觀的目視檢查，可以定義目標的顏色，例如在實驗室顏色空間中，精度可達?E<1；與另一個目標的顏色對比，相對精度?E=0.2。這比人類對顏色的感知（?E=1）要好，而且明顯優(yōu)于只能達到?E=8-10的RGB相機。

圖2 Specim IQ測試圖

 Why Specim IQ？

    當(dāng)確定了利用高光譜成像技術(shù)進行研究后，下一步就是找到一個可以在南非沙漠的極端條件下工作的高光譜相機。由于惡劣的環(huán)境條件，南非研究地點多是距離長，道路崎嶇不平的地方，天氣條件極其惡劣，并且到處都是灰塵，光線刺眼變化很快，需要一個緊湊耐用，可以適應(yīng)這些惡劣條件的高質(zhì)量快速相機。當(dāng)Tommi Nyman博士了解到Specim IQ時，說：“這里的地形很崎嶇，所以你不想隨身攜帶非常大和沉重的設(shè)備，Specim IQ體積小，移動方便，便于運輸和現(xiàn)場使用，而且它非常適合進行我們想要的測量?！?/p>

圖3 Specim IQ現(xiàn)場測試圖

    Specim IQ的電池壽命也被認為是一個很大的優(yōu)勢，因為他們的團隊有時需要在野外露營了3-4個晚上，才能得到儲備和充電的機會。Nyman博士說：“在野外，你需要一整天只使用一個電池的高光譜相機?！?/span>

   Specim IQ相機成像速度也很快，這在惡劣和快速變化的光線條件下是必不可少的。非洲的光線很刺眼，白天太陽直射，陰影是尖銳而深邃的。當(dāng)云層遮住太陽時，光照條件會在短時間內(nèi)發(fā)生劇烈變化。因此，在特定的光照條件下，設(shè)置好曝光時間，以便在下一個云出現(xiàn)并完全改變光照條件之前完成數(shù)據(jù)的快速采集。

圖4 Dr. Tommi Nyman

The future?

    目前，所有關(guān)于石頭花項目需要的數(shù)據(jù)都已經(jīng)采集完成，并且石頭花項目團隊正在進行進行數(shù)據(jù)分析，日后也會將研究成果分享給大家。

    高光譜成像在生態(tài)學(xué)研究方面還有很多潛在應(yīng)用。這是一個廣泛的研究領(lǐng)域，有許多與石頭花研究問題類似的研究方向。便于運輸和現(xiàn)場使用的高光譜設(shè)備為生態(tài)領(lǐng)域的研究提供了一個新的機遇。

小百科

    石頭花：石頭花又名生石花、象蹄、元寶等，是的多年生小型多肉植物。莖很短，常常看不見。葉肉質(zhì)肥厚，兩片對生聯(lián)結(jié)而成為倒圓錐體，有“鞍”、“球”、“足袋”等形狀，葉頂部花紋形如樹枝，色彩美麗。生石花品種較多，各具特色。其外型和顏色酷似彩色卵石，故人稱為“活石子”或“卵石植物”。更為有趣的是其葉片的顏色會與周圍的土壤顏色相仿，來保護自己。多年生肉質(zhì)植物。高2-3cm，球體卵圓形，球狀葉淡灰棕色，頂面樹枝狀凹紋，棕色，半透明。莖較短，植株是由2片對生的肉質(zhì)葉聯(lián)結(jié)而成的圓錐體?；ń瘘S色。