蝙蝠飞蛾空战3D

任何在夜间飞行的昆虫都必须对付蝙蝠的捕食。以飞蛾为例。飞蛾最先进入进化阶段;很久以后，蝙蝠带着复杂的回声定位装置出现了，飞蛾被迫改变或死亡。有些物种发育出耳朵来听到蝙蝠的靠近;这通常会引起规避飞行动作，如绕圈和俯冲。其他物种获得了令人厌恶的化学物质，使它们有一种令人厌恶或有毒的味道。有些人甚至能发出迷惑、有时甚至挫败蝙蝠进攻的声音。

一场永无止境的战斗

同样令人着迷的是蝙蝠所采取的一系列对策。有些蝙蝠使用一种更安静的回声定位方式，降低叫声的音量，并在接近猎物飞蛾时进一步降低叫声的音量。为了更好地理解这场战斗，我们需要知道每个对手在什么时间和地点做了什么。换句话说，我们需要准确记录蝙蝠和飞蛾在三维空间中的位置。

在美国汉诺威的达特茅斯学院，研究小组由汉娜·特·霍夫斯泰德博士领导的研究小组选择了3D方法来研究这种有趣的相互作用。他们会使用诺德斯Track3D该系统是EthoVision XT视频跟踪套件的一个附加组件，用于跟踪大型户外围栏中的蝙蝠和飞蛾。

蝙蝠和飞蛾的飞行室

捕猎蝙蝠通常被拍摄在紫外线灯周围的小区域，紫外线灯是用来吸引猎物飞蛾的。与这种方法相反，一个大的户外飞行室可以确保捕食者和猎物的更自然的行为。然而，这种设置有一些挑战。首先，飞行室的大小(约6 × 5 × 3米(长×宽×高))，其中必须用软件对小蛾进行拍摄和检测。红外线灯必须在不干扰动物行为的情况下提供足够的光线。此外，必须能够同时跟踪两种动物(蝙蝠和飞蛾)，而不必标记它们。

甚至在飞行室建立之前，我们就为动物飞行的空间建模了。这样做是为了获得重要的信息，如最佳相机位置，所需的镜头，并设计校准框架(见下文)。

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3 d校准

Track3D是根据两个摄像头对动物的视频追踪得出的。为了可靠地重建动物在三维空间中的位置，精确的标定是必须的。我们设计了一个可以在飞行室内组装的校准架，校准所需的时间刚好。标定架有一些已知三维坐标的参考标记。

在一个大约6 × 5 × 3米的房间里，校准误差(测量与预期标记位置的偏差)仅为7毫米。这给出了基于相机视图记录的轨迹重建3D轨迹的模型的精确度。

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第一批3D轨迹

在放飞飞蛾和蝙蝠后，我们用Media Recorder用两台摄像机录制了视频。生成的视频文件然后用EthoVision XT，它可以跟踪蝙蝠和飞蛾，并保存它们在每个摄像头视图中的2D坐标。在Track3D附加软件中，我们将2D轨迹组合为每个主题创建3D轨迹。请看视频中的例子。

蝙蝠一靠近，飞蛾的行为就发生了巨大的变化。随着速度的增加，蛾子表现出一系列的转弯、螺旋和循环，使得它的轨迹更加难以预测。最终，蝙蝠没能抓住猎物。

Track3D产生了高度可靠的数据。3D定位的不确定度仅为2像素。只有当你拥有像EthoVision XT这样的优秀视频跟踪系统，以及像Track3D这样具有复杂3D校准和定位算法的软件时，这样高的精度才有可能实现。

ter Hofstede博士和她的团队还在实验中使用Track3D，让飞蛾在声学室中飞行。在那里，飞蛾对声音刺激的反应轨迹以类似于上面描述的方式进行分析。

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本文由Track3D项目负责人Fabrizio Grieco撰写。