非洲南端的沙漠和半沙漠是荒涼的地方，氣候干旱，降雨量少，氣溫*。 但這里是上奇怪的植物—石頭花的產(chǎn)地。同時(shí)也是芬蘭生物學(xué)家University of Eastern Finland Tommi Nyman博士和挪威NIBIO Svanhovd以及南非University of Stellenbosch的植物生態(tài)學(xué)家Allan Ellis教授從進(jìn)化論角度研究植物的地方。

石頭花的偽裝

    在惡劣的環(huán)境中，所有植物都需要某種偽裝以免受動(dòng)物的侵害。石頭花十分擅長偽裝：身體大部分埋在土壤中，只將它多汁的葉子平頂突出到土壤表面，這使得石頭花很難被發(fā)現(xiàn)。但是由于在南非、納米比亞和博茨瓦納的土壤性質(zhì)差異很大，土壤中的礫石可以是棕色、灰色、黃色、紅色或幾乎是白色，粒徑也可以從細(xì)砂到大卵石。隨著時(shí)間的推移，些石頭花的后代會(huì)發(fā)現(xiàn)自己得顏色相對應(yīng)周圍的環(huán)境十分顯眼，處于個(gè)十分容易被天敵發(fā)現(xiàn)的環(huán)境中。

圖1 石頭花的生長環(huán)境

尋找個(gè)準(zhǔn)確的顏色測量工具

    研究者們提到：“在石頭花的研究過程中，由于石頭花和環(huán)境的顏色十分接近，必須尋找個(gè)工具盡可能準(zhǔn)確和客觀地測量顏色，這也就是我們選擇高光譜成像技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)。”

    高光譜相機(jī)非常適合顏色測量，因?yàn)樗萊GB相機(jī)更精確，而且不像主觀的目視檢查，可以定義目標(biāo)的顏色，例如在實(shí)驗(yàn)室顏色空間中，精度可達(dá)?E<1；與另個(gè)目標(biāo)的顏色對比，相對精度?E=0.2。這比人類對顏色的感知（?E=1）要好，而且明顯于只能達(dá)到?E=8-10的RGB相機(jī)。

圖2 Specim IQ測試圖

Why Specim IQ？

    當(dāng)確定了用高光譜成像技術(shù)進(jìn)行研究后，下步就是找到個(gè)可以在南非沙漠的條件下工作的高光譜相機(jī)。由于惡劣的環(huán)境條件，南非研究地點(diǎn)多是距離長，道路崎嶇不平的地方，天氣條件其惡劣，并且到處都是灰塵，光線刺眼變化很快，需要個(gè)緊湊耐用，可以適應(yīng)這些惡劣條件的高質(zhì)量快速相機(jī)。當(dāng)Tommi Nyman博士了解到Specim IQ時(shí)，說：“這里的地形很崎嶇，所以你不想隨身攜帶非常大和沉重的設(shè)備，Specim IQ體積小，移動(dòng)方便，便于運(yùn)輸和現(xiàn)場使用，而且它非常適合進(jìn)行我們想要的測量。”

圖3 Specim IQ現(xiàn)場測試圖

    Specim IQ的電池壽命也被認(rèn)為是個(gè)很大的勢，因?yàn)樗麄兊膱F(tuán)隊(duì)有時(shí)需要在野外露營了3-4個(gè)晚上，才能得到儲(chǔ)備和充電的機(jī)會(huì)。Nyman博士說：“在野外，你需要整天只使用個(gè)電池的高光譜相機(jī)。”

    Specim IQ相機(jī)成像速度也很快，這在惡劣和快速變化的光線條件下是*的。非洲的光線很刺眼，白天太陽直射，陰影是尖銳而深邃的。當(dāng)云層遮住太陽時(shí)，光照條件會(huì)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生劇烈變化。因此，在定的光照條件下，設(shè)置好曝光時(shí)間，以便在下個(gè)云出現(xiàn)并*改變光照條件之前完成數(shù)據(jù)的快速采集。

圖4 Dr. Tommi Nyman

The future?

    目前，所有關(guān)于石頭花項(xiàng)目需要的數(shù)據(jù)都已經(jīng)采集完成，并且石頭花項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，日后也會(huì)將研究成果分享給大家。

    高光譜成像在生態(tài)學(xué)研究方面還有很多潛在應(yīng)用。這是個(gè)廣泛的研究域，有許多與石頭花研究問題類似的研究方向。便于運(yùn)輸和現(xiàn)場使用的高光譜設(shè)備為生態(tài)域的研究提供了個(gè)新的機(jī)遇。

小百科

    石頭花：石頭花又名生石花、象蹄、元寶等，是著名的多年生小型多肉植物。莖很短，常常看不見。葉肉質(zhì)肥厚，兩片對生聯(lián)結(jié)而成為倒圓錐體，有“鞍”、“球”、“足袋”等形狀，葉頂部花紋形如樹枝，色彩美麗。生石花品種較多，各具色。其外型和顏色酷似彩色卵石，故人稱為“活石子”或“卵石植物”。更為有趣的是其葉片的顏色會(huì)與周圍的土壤顏色相仿，來保護(hù)自己。多年生肉質(zhì)植物。高2-3cm，球體卵圓形，球狀葉淡灰棕色，頂面樹枝狀凹紋，棕色，半透明。莖較短，植株是由2片對生的肉質(zhì)葉聯(lián)結(jié)而成的圓錐體。花金黃色。