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커뮤니케이션 생물학 5권, 기사 번호: 1318(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

우리는 나비목의 다중 스펙트럼 이미지를 고효율로 캡처하기 위한 하드웨어와 소프트웨어가 통합된 경제적인 이미징 시스템을 제시합니다. 이 방법은 미세하고 광범위한 분류학적 규모에서 종 간의 색상과 모양을 쉽게 비교할 수 있으며 더 큰 3차원성을 가진 다른 곤충 목에 적용할 수 있습니다. 우리 시스템은 고정된 표본의 등쪽과 복부 측면을 모두 이미지화할 수 있습니다. 처리 파이프라인과 함께 설명 데이터를 사용하여 전체 날개 재구성과 다양한 날개 모양(꼬리 포함) 및 정맥 시스템을 가진 종의 날개 패턴을 ​​객관적으로 정량화하는 보편적으로 적용 가능한 평면도를 기반으로 다중 스펙트럼 색상과 모양을 체계적으로 조사할 수 있습니다. 신체 길이, 흉부 너비, 안테나 크기와 같은 기본 형태학적 측정값이 자동으로 생성됩니다. 이 시스템은 박물관 표본에서 추출된 특성 데이터의 양과 품질을 기하급수적으로 늘릴 수 있습니다.

곤충 큐티클의 나노구조는 많은 새로운 엔지니어링 설계에 영감을 주었습니다1,2,3,4,5. 곤충은 가시 스펙트럼 이상의 파장을 인식할 수 있는 것으로 알려져 있으므로 곤충 표피를 조사하는 데 사용되는 이미징 시스템이 잠재적으로 관련된 전자기 파장의 전체 범위를 감지할 수 없으면 중요한 데이터가 누락될 수 있습니다. 나비목(나비와 나방) 날개 색상(이 백서에서는 반사율의 약칭으로 사용함)과 모양에 대한 현재 연구는 시간 집약적인 단일 표본으로 인해 표본 100개 미만으로 제한되는 경우가 많습니다3,6 표본2,4,10에서 날개를 분리하거나 라벨을 사용하여 개별 표본을 정렬하고 이미지화해야 하는 등의 기반 절차7,8,9. 날개 모양의 다양성9,11을 수용하는 시스템을 설계하는 것도 심각한 과제를 제시했습니다.

나비목은 대부분의 나비와 많은 나방의 고정된 표본의 2차원 특성으로 인해 분석하기가 더 다루기 쉽기 때문에 이상적인 이미징 대상을 제공합니다. 나비목의 다중 스펙트럼 이미지를 객관적이고 체계적이며 효율적으로 처리할 수 있는 적절한 방법이 필요합니다. 주요 과제는 두 가지입니다: (1) 처리량이 높은 이미징 시스템의 개발, (2) 가족 전체의 날개 특성을 포착하기 위해 일반화할 수 있는 보편적으로 적용 가능한 평면도 또는 원형 식별입니다.

일반적으로 물체 표면의 다중 스펙트럼 특성은 두 가지 방법으로 측정할 수 있습니다. 초분광 분광 광도계는 단일 지점에 대해 높은 스펙트럼 분해능(~0.1 nm)을 제공하는 반면, 다중 스펙트럼 이미징은 스펙트럼을 ~100-200의 여러 파장 대역으로 나누어 스펙트럼 분해능에 대한 비용을 지불하고 높은 공간 분해능을 갖춘 2차원 이미지를 빠르게 생성할 수 있습니다. nm 각각(이하 "밴드"라고 함)을 만들고 카메라를 사용하여 넓은 영역에 걸쳐 사진과 같은 측정을 수행합니다. 일부 최첨단 이미징 시스템은 10~20배 더 미세한 스펙트럼 분해능(~5~10nm)을 갖고 있지만, 우리 장치(~$350,000)보다 70배 더 비쌉니다. 원격 탐사에서 위성은 다중 스펙트럼 이미징을 사용하여 전 세계 넓은 지역에서 효율적으로 데이터를 수집합니다(예: 고급 초고해상도 복사계(AVHRR) 및 중간 해상도 이미징 분광 복사계(MODIS)). 마찬가지로 상업용 다중 스펙트럼 카메라는 2차원 표면에서 객관적인 다중 스펙트럼 측정을 제공할 수 있지만 높은 공간 해상도를 갖춘 카메라는 대부분의 개별 연구실이나 박물관 컬렉션에 비해 엄청나게 비싸고 이미징 효율성이 상대적으로 느리기 때문에 처리량이 많은 표본 이미징에 사용하기가 복잡합니다. 따라서 우리는 코넬 스타일 박물관 표본 서랍(450 × 390 × 67mm)을 수용할 수 있고 동시에 많은 수의 생물학적 표본으로부터 다중 스펙트럼 데이터를 수집할 수 있는 개조된 소비자 DSLR 카메라를 기반으로 확장 가능하고 처리량이 높은 이미징 시스템을 개발했습니다. .