【數位五感】看見生物眼中的另一個世界

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生為人類,我們已經習慣透過與生俱來的感知來接收、認識身邊的一切了。但你曾想過,如果能像蝴蝶一樣看見(感知) 紅外線、像貓狗一樣分辨出更多更細緻的氣味、像蝙蝠一樣透過超聲波回聲,以聽覺來”看清”周遭環境,將感官以從未想像過的方式增強,或者突破人體先天上的限制,我們對世界會有怎樣不同的理解,是不是也能對各種生命體產生更多的同理?

感官的增強,聽起來雖然像科幻電影中的情節,但現實生活中的助聽器、夜視鏡、色盲眼鏡等輔具其實就是在執行著這樣的功能,輔助人們先天較為弱勢的感官,讓我們得以接收到更多的資訊。而關於想透過不同物種的感官來接受周圍的世界,體驗前所未有的感知,科學家們早已從我們所熟悉的「視覺」下手,試圖讓我們看見生物們眼中世界的樣貌。

<em>螳螂蝦可以見到的光譜範圍比人類多得多,想像以螳螂蝦的眼睛看世界會有多麼奇幻</em>
螳螂蝦可以見到的光譜範圍比人類多得多,想像以螳螂蝦的眼睛看世界會有多麼奇幻

看見動物們眼裡的世界

澳洲昆士蘭大學(The University of Queensland)和英國艾希特大學(University of Exeter)的研究員們共同研發出能讓我們更精確演算模擬出動物們所接收到的視覺訊息的軟體框架。

研究合夥人,Jolyon Troscianko博士表示動物們接收色彩圖像的方式和演化有很大的關係,例如讓動物們躲開,不被獵食者看見。Jolyon Troscianko博士團隊研發的Quantitative Colour Pattern Analysis(定量色彩模式分析,QCPA),一種創新的色彩分析處理框架,運用了不同的演算法來處理所接收到的數位照片。QCPA首先了解要模擬生物能見的視覺範圍,以蜜蜂為例,他們看世界的顏色不僅和我們不一樣,他們接收綠色、藍色和紫外線,而不是人類的紅色、綠色和藍色,他們對於空間的銳度也比我們低得多。這代表他們無法看見像人類一樣多的細節,在同樣的距離內人們也可以看到比蜜蜂小 150 倍(或更遠)的東西!

<em>蜜蜂從不同距離看著同一叢花的的顏色和空間模擬,距離到一公尺蜜蜂就幾乎看不到花朵</em>
蜜蜂從不同距離看著同一叢花的的顏色和空間模擬,距離到一公尺蜜蜂就幾乎看不到花朵

延續上面的例子,工蜂們由於視力的限制,必須要夠接近花朵才能感知(看)到花朵的UV圖像,進而得知花蜜的位置。所以QCPA利用空間式敏度模擬軟體AcuityView和Gaussian來創建生物們的可見空間範圍。

<em>(a) 人類看見的花叢,(b)工蜂能見到的UV訊息,因為沒有考量到工蜂和花叢的實際距離,所以可能會有誤差,(c) 工蜂在一公尺的距離以 0.5 cycles/degree 的空間敏銳度可以偵測到的UV訊息,(d)工蜂在一公尺距離的光感接收(亮度辨識用)</em>
(a) 人類看見的花叢,(b)工蜂能見到的UV訊息,因為沒有考量到工蜂和花叢的實際距離,所以可能會有誤差,(c) 工蜂在一公尺的距離以 0.5 cycles/degree 的空間敏銳度可以偵測到的UV訊息,(d)工蜂在一公尺距離的光感接收(亮度辨識用)

模擬出生物的可見範圍後,演算法會再針對不同生物的生理能力來評估他們所能見的顏色、亮度、圖像的銳利度等資訊,並使用他們研發的RNL濾鏡重新模擬出生物們所看見的畫面。

<em>左上:人眼看見的海蛞蝓,右上:魚類掠食者的視覺成像(以它們的色覺和視覺敏銳度做計算 ),QCPA該框架可以測量彩色邊緣對比度(左下角)或顏色飽和度(右下角)。</em>
左上:人眼看見的海蛞蝓,右上:魚類掠食者的視覺成像(以它們的色覺和視覺敏銳度做計算 ),QCPA該框架可以測量彩色邊緣對比度(左下角)或顏色飽和度(右下角)。

QCPA讓我們可以更貼切的了解不同生物的視覺系統,並進一步了解各種生物的視覺系統和他們生活環境、食性等要素之間的關聯。

然而QCPA模擬出來的畫面中,人們「看不見」的顏色都被其他我們看的見的顏色代替,要見到人們「看不見」的顏色也許只能看人類未來的演化或是科技的發展哪一個比較快了!

參考資料/圖片來源:

https://qbi.uq.edu.au/article/2019/12/vision-technology-views-life-through-eyes-animals

https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/2041-210X.13328

http://www.empiricalimaging.com/2019/12/03/qcpa-paper-press-release/

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