Высокоскоростные камеры проследили за конкретной рыбой в аквариуме

Японские инженеры создали систему отслеживания отдельных особей рыб в аквариуме с высокими скоростью и разрешением, а также с постоянно подстраиваемым фокусом благодаря жидкокристаллической линзе. Алгоритм слежения работает только с небольшой эллиптической областью вокруг рыбы, а не всем кадром, поэтому он может работать в реальном времени, отличая рыб, находящихся рядом. Описание системы опубликовано на сайте авторов.

Изучение движений, поведения и взаимодействия живых существ важно для ученых, но в случае с небольшими водоплавающими или летающими животными это достаточно сложно технически, во многом именно из-за их размера. Эта задача становится еще сложнее, если наблюдать необходимо за животными, живущими не поодиночке, а в группе, и при этом визуально они слабо отличимы между собой. Эту проблему можно решить изоляцией отдельной особи, но в таком случае исследование взаимодействия с другими особями становится невозможным. Также можно использовать визуальные маркеры, но они могут повлиять на восприятие особи остальной группой, а значит, полученные данные не будут достоверно отражать естественное поведение животных.

Группа инженеров из Токийского университета под руководством Масатоси Исикавы (Masatoshi Ishikawa), которая несколько лет активно разрабатывает высокоскоростные системы съемки и проекции, использовала свои наработки для создания системы, позволяющей проводить качественные наблюдения за конкретной рыбой в аквариуме с несколькими рыбами.

Система устанавливается с двух сторон от аквариума. В ее состав входят компоненты двух типов: камеры для съемки и слежения, и подвижные зеркала. Снизу под аквариумом установлено большое статичное зеркало. От него лучи из аквариума отражаются на 45 градусов и попадают на систему из двух подвижных наклоняемых зеркал, которые, в свою очередь, через еще одно полупрозрачное зеркало перенаправляют лучи в объективы двух камер с узким полем зрения (одна из них имеет большее поле обзора, чем вторая) и частотой съемки 1000 кадров в секунду. Это позволяет постоянно держать объект исследования в поле зрения камеры. Алгоритм применяет метод триангуляции и по данным с широкоугольной камеры и одной из камер с телеобъективом расчитывает положение рыбы в пространстве.

Система из подвижных зеркал компенсирует сдвиг рыбы только в плоскости, параллельной плоскости съемки, а рыба может сдвигаться и перпендикулярно плоскости, из-за чего она будет находиться не в фокусе объектива. Для этого в телеобъективах установлены жидкостные линзы, которые могут быстро менять точку фокуса под действием электрического поля.

Разработчики применили алгоритм, который в реальном времени анализирует небольшую эллиптическую область вокруг передней части рыбы на кадрах с широкоугольной и длиннофокусной камер. Это позволяет держать рыбу в центре кадра и не путать соседних рыб между собой, когда они подплывают близко друг к другу.

Недавно французские инженеры создали систему слежения для небольших летающих насекомых. По конструкции она напоминает камеру-паука, которая передвигается по заданной области на тросах. В центре на тросах закреплен каркас с камерами по бокам и насекомым внутри. Когда оно начинает лететь к границе каркаса, тросы двигаются в соответствующую сторону и таким образом все время оставляют его в центре кадра.

Григорий Копиев