Le suivi rapide à verrouillage contourne les compromis des autres techniques de suivi des insectes. (A) Vue conceptuelle des systèmes de suivi basés sur des caméras fixes, un radar et un suivi Fast Lock-On (FLO). (B) Dans la configuration de départ (i), le système est orienté de telle sorte que le réflecteur porté par les insectes se reflète au centre du capteur d'image. Lorsque l'insecte se déplace, la tache réfléchie est initialement décalée par rapport au centre du capteur (ii). Basé sur le traitement de l'image et l'action du moteur, le système ajuste automatiquement la position du miroir pour recentrer le spot avec une faible latence (iii). (C) Schéma fonctionnel montrant que l’entrée du capteur d’image est la différence angulaire entre l’angle de l’insecte et l’angle du trajet optique commandé par moteur. (D) Des exemples d’insectes porteurs de marqueurs rétroréfléchissants représentatifs suivis avec les systèmes FLO comprennent l’abeille domestique Apis mellifera (diamètre du marqueur 3 mm, masse 20 mg) et le criquet Schistocerca gregaria (masse du marqueur 70 mg). Crédit: bioRxiv (2023). DOI : 10.1101/2023.12.20.572558
Notre capacité à en apprendre davantage sur le comportement des insectes, qui affecte l’écologie, la santé et l’économie à l’échelle mondiale, dépend en grande partie d’une technologie d’enregistrement appropriée. Mais jusqu’à présent, ces outils étaient considérablement limités.
Pour résoudre ce problème, une équipe de recherche de l'Albert-Ludwigs-Universität Freiburg en Allemagne a développé un système adaptable qui peut être combiné avec différents types de matériel pour produire des enregistrements vidéo à grande vitesse du comportement de vol des insectes et les suivre, sur des distances significatives. , leurs trajectoires dans la nature.
L'équipe décrit cette technologie dans un article intitulé « Vidéographie extérieure haute résolution d'insectes utilisant un suivi rapide à verrouillage », publié sur le bioRxiv serveur de préimpression. Ce nouveau travail fait suite à leurs recherches antérieures sur ce sujet, publiées en 2020.
Méthodes d'enregistrement existantes et leurs limites
Historiquement, les chercheurs sur le comportement des insectes se sont appuyés sur l’observation directe pour obtenir de nouvelles connaissances et, plus récemment, ils ont utilisé le suivi radar harmonique pour obtenir des informations sur les trajectoires de vol des insectes, en particulier celles des abeilles. La résolution de ce type de radar est cependant limitée tant spatialement que temporellement.
Dans les laboratoires, les chercheurs ont utilisé des caméras à plus haute résolution pour étudier les détails du comportement de vol des insectes, mais l'utilité de ces caméras ne s'étend pas aux environnements naturels des insectes, où un certain nombre de variables peuvent jouer dans la fonction de vol.
Les chercheurs ont également utilisé la vidéographie par caméra fixe (dans laquelle la caméra peut suivre automatiquement les mouvements des sujets) avec un certain succès, mais cette méthode est utilisée plus efficacement avec un nombre limité de pixels pour une largeur de champ spécifique. L'application de cette méthode à un champ plus large donne une résolution angulaire inférieure, tandis que l'ajout de pixels rend le mouvement du sujet flou. Il n'a pas été possible d'agrandir le sujet tout en ajustant manuellement et continuellement la visée de l'appareil photo pour suivre le mouvement.
Parallèlement, la combinaison d'une optique à fort grossissement et d'un suivi d'image à grande vitesse fonctionne avec des sujets plus grands tels que des oiseaux, des drones et des ballons de sport, mais une faible latence est nécessaire pour les petits sujets comme les insectes. Entourer les insectes volants avec plusieurs caméras ou utiliser des arrière-plans simplifiés en intérieur peut aider, mais ces méthodes comportent également des limites évidentes.
Cependant, les rétroréflecteurs représentent une solution potentielle pour un suivi efficace et détaillé des insectes. Informée par des études utilisant une méthode précédemment développée pour suivre les insectes, l'équipe de recherche à l'origine de ce nouveau travail a surnommé la solution de suivi Fast Lock-On (FLO) et rend compte de ses efforts pour l'utiliser pour suivre le vol des insectes à l'extérieur.
Suivi FLO avec les insectes
Pour utiliser le suivi FLO avec des insectes volants, un minuscule marqueur rétroréfléchissant léger est apposé sur un sujet. Lorsque le sujet bouge, le marqueur envoie un signal à un capteur optique, orientant l'axe optique du capteur tout en minimisant la divergence du sujet par rapport au point central du capteur. Dans cette étude, les chercheurs ont intégré un éclairage infrarouge proche de l'axe optique du capteur, et ont orienté et incliné l'axe optique pour recréer les trajectoires de vol de leurs sujets de test, notamment les criquets (Schistocerca gregaria), les bourdons (Bombus terrestris) et les abeilles domestiques. (Apis mellifera) – via les angles détectés par le système FLO.
Comme l'explique leur article, « une faible latence entre l'entrée du capteur et la sortie du moteur améliorera les performances du système et permettra des optiques à plus fort grossissement, ce qui, à terme, peut conduire à des gains de performances supplémentaires. Du point de vue du contrôle, FLO est une conception en boucle fermée dans laquelle le déplacement de l'image cible provenant du centre du capteur est un angle d'erreur entre l'angle de l'insecte et la position angulaire du chemin optique sous contrôle.
Les vidéos de test de l'équipe ont réussi à capturer le vol du sujet de test « du décollage à l'atterrissage avec un grossissement élevé et un faible flou de mouvement », et les appendices des insectes sont restés nets pendant le vol.
De plus, le système n’est pas coûteux à créer et peut être simplement construit avec un ordinateur, un appareil photo numérique à faible latence et un système de moteur panoramique-inclinaison. L'article décrit en détail le matériel, les calculs pour les reconstructions d'angle et les méthodes de mise en œuvre.
Chemin optique de grand diamètre partagé avec une caméra vidéo télescopique à grande vitesse pour enregistrer une vidéo haute résolution des insectes pendant leur comportement naturel. (A) Un chemin optique de grand diamètre est piloté par un système Fast Lock-On intégrant un éclairage infrarouge actif et une paire de caméras stéréo infrarouges à faible latence. Un miroir sélectif en longueur d'onde permet une vidéographie à grande vitesse de la scène le long du même axe optique. La disparité stéréo est utilisée pour contrôler un moteur de mise au point sur un objectif à fort grossissement. (B) Le noyau Fast Lock-On utilise une caméra d'une paire de caméras stéréo et un éclairage infrarouge paraxial pour fournir des informations sur la position d'un petit marqueur rétroréfléchissant qui est ensuite utilisé pour entraîner une paire de moteurs afin de réorienter l'axe optique sur un grande plage angulaire. (C) Exemple d’image d’une vidéo haute vitesse et haute résolution d’un quadricoptère jouet. (D) Exemples d’images d’une vidéo à grande vitesse d’un atterrissage de bourdon. Taille du marqueur : 3 mm de diamètre, masse : 20 mg. Crédit: bioRxiv (2023). DOI : 10.1101/2023.12.20.572558
Possibilités d'amélioration du système
L’équipe reconnaît que le suivi des vols d’insectes à l’extérieur est un problème important qui n’a pas encore été entièrement résolu. Au moins trois faiblesses majeures subsistent. Premièrement, une perte momentanée de suivi au sein du système en boucle fermée FLO pourrait conduire à un échec complet du suivi.
De plus, “le système n'estime pas directement la distance par rapport au sujet”, indique le document. Enfin, même si un calibrage précis n’est pas nécessaire pour un processus de suivi réussi, l’extraction et la détermination précise des coordonnées 3D finales en nécessiteront.
Les améliorations suggérées incluent l'utilisation de plusieurs systèmes FLO travaillant ensemble pour un calcul amélioré via la triangulation et l'élimination du besoin de rétroréflecteurs grâce au développement de techniques avancées de vision par ordinateur pour détecter des objets sur les insectes.
Cependant, les chercheurs restent optimistes quant au fait que le suivi FLO pourrait être utilisé pour étudier de nombreux aspects du comportement de vol des insectes, dont plusieurs qui sont directement liés à des problèmes écologiques plus vastes, tels que les réponses des insectes aux lumières artificielles nocturnes, la perte de leurs habitats et les traitements aux pesticides dans leurs zones d'alimentation.
Plus d'information:
T. Thang Vo-Doan et al, Vidéographie extérieure haute résolution d'insectes utilisant un suivi à verrouillage rapide, bioRxiv (2023). DOI : 10.1101/2023.12.20.572558
© 2024 Réseau Science X
Citation: Un nouveau système vidéo à grande vitesse utilise des capteurs et un éclairage infrarouge pour suivre les insectes dans de vastes zones sauvages (2 janvier 2024) récupéré le 2 janvier 2024 sur
Ce document est soumis au droit d'auteur. En dehors de toute utilisation équitable à des fins d'étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.
