Name: measuring spatially- and directionally-varying light scattering from biological material
Uploaded: 2013-05-20T12:00:00
Duration: 11 min 57 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Measuring Spatially- and Directionally-varying Light Scattering from Biological Material at JoVE.com

وقد تم تمويل هذا البحث من قبل مؤسسة العلوم الوطنية (NSF جائزة التوظيف CCF-0347303 وجبهة الخلاص الوطني منحة CCF-0541105). فإن الكتاب أود أن أشكر ياروسلاف Křivánek، جون القمر، إدغار فيلاسكيز-ارمينداريز، نزل جاكوب، جيمس هارفي، سوزان سواريز، إليس لوف، وجون Hermanson لمساهماتها الفكرية. تم بناء كورنيل كروية عملاقة من تصميم بسبب دوان فولك، مارك Levoy، واللاعب Szymon Rusinkiewicz.

<ol>
	<li>Nicodemus, F., Richmond, J., Hsia, J., Ginsberg, I., Limperis, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Geometric considerations and nomenclature for reflectance. , (1977).</li><li>Marschner, S. R., Jensen, H. W., Cammarano, M., Worley, S., Hanrahan, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light+scattering+from+human+hair+fibers.">Light scattering from human hair fibers.</a> ACM Transactions on Graphics (TOG). 22 (3), 780-791 (2003).</li><li>Marschner, S. R., Westin, S., Arbree, A., Moon, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+and+modeling+the+appearance+of+finished+wood.">Measuring and modeling the appearance of finished wood.</a> ACM Transactions on Graphics (TOG). 24 (3), 727-734 (2005).</li><li>Land, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+physics+and+biology+of+animal+reflectors.">The physics and biology of animal reflectors.</a> Progress in Biophysics and Molecular Biology. 24, 75-106 (1972).</li><li>Durrer, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Colouration.">Colouration.</a> Biology of the Integument: Vertebrates. 2 (12), 239-247 (1986).</li><li>Brink, D., van der Berg, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+colours+from+the+feathers+of+the+bird+Bostrychia+hagedash.">Structural colours from the feathers of the bird Bostrychia hagedash.</a> Journal of Physics D-Applied Physics. 37 (5), 813-818 (2004).</li><li>Kinoshita, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Structural colors in the realm of nature. , (2008).</li><li>Nakamura, E., Yoshioka, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+Color+of+Rock+Dove's+Neck+Feather.">Structural Color of Rock Dove's Neck Feather.</a> Journal of the Physical Society of Japan. 77 (12), 124801 (2008).</li><li>Westin, S., Arvo, J., Torrance, K. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Predicting+reflectance+functions+from+complex+surfaces.">Predicting reflectance functions from complex surfaces.</a> ACM SIGGRAPH Computer Graphics. 26 (2), 255-264 (1992).</li><li>Shawkey, M. D., Maia, R., D'Alba, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Proximate+bases+of+silver+color+in+anhinga+(Anhinga+anhinga)+feathers.">Proximate bases of silver color in anhinga (Anhinga anhinga) feathers.</a> Journal of Morphology. 272 (11), 1399-1407 (2011).</li><li>Maia, R., D'Alba, L., Shawkey, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+makes+a+feather+shine?+A+nanostructural+basis+for+glossy+black+colours+in+feathers.">What makes a feather shine? A nanostructural basis for glossy black colours in feathers.</a> Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 278 (1714), 1973-1980 (2011).</li><li>Dyck, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure+and+light+reflection+of+green+feathers+of+fruit+doves+(Ptilinopus+spp.)+and+an+Imperial+Pigeon+(Ducula+concinna).">Structure and light reflection of green feathers of fruit doves (Ptilinopus spp.) and an Imperial Pigeon (Ducula concinna).</a> Biologiske Skrifter (Denmark). 30, 2-43 (1987).</li><li>Yoshioka, S., Kinoshita, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+macroscopic+structure+in+iridescent+color+of+the+peacock+feathers.">Effect of macroscopic structure in iridescent color of the peacock feathers.</a> Forma. 17 (2), 169-181 (2002).</li><li>Osorio, D., Ham, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectral+reflectance+and+directional+properties+of+structural+coloration+in+bird+plumage.">Spectral reflectance and directional properties of structural coloration in bird plumage.</a> Journal of Experimental Biology. 205 (14), 2017-2027 (2002).</li><li>Stavenga, D. G., Leertouwer, H. L., Pirih, P., Wehling, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+scatterometry+of+butterfly+wing+scales.">Imaging scatterometry of butterfly wing scales.</a> Optics Express. 1 (1), 193-202 (2009).</li><li>Vukusic, P., Stavenga, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physical+methods+for+investigating+structural+colours+in+biological+systems.">Physical methods for investigating structural colours in biological systems.</a> Journal of Royal Society Interface. 6, S133-S148 (2009).</li><li>Stavenga, D. G., Leertouwer, H., Marshall, N. J., Osorio, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dramatic+colour+changes+in+a+bird+of+paradise+caused+by+uniquely+structured+breast+feather+barbules.">Dramatic colour changes in a bird of paradise caused by uniquely structured breast feather barbules.</a> Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 278 (1715), 2098-2104 (2010).</li><li>Irawan, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Appearance of woven cloth [dissertation]. , (2008).</li><li>Irawan, P., Marschner, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Specular+reflection+from+woven+cloth.">Specular reflection from woven cloth.</a> ACM Transactions on Graphics (TOG. 31 (1), 11:1-11:20 (2012).</li><li>Vukusic, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+colour:+elusive+iridescence+strategies+brought+to+light.">Structural colour: elusive iridescence strategies brought to light.</a> Current Biology: CB. 21 (5), R187-R189 (2011).</li><li>Dana, K., Ginneken, B., Nayar, S., Koenderink, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reflectance+and+texture+of+real-world+surfaces.">Reflectance and texture of real-world surfaces.</a> ACM Transactions on Graphics (TOG). 18 (1), 1-34 (1999).</li><li>Chen, Y., Xu, Y., Guo, B., Shum, H. -. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+and+rendering+of+realistic+feathers.">Modeling and rendering of realistic feathers.</a> ACM Transactions on Graphics (TOG). 21 (3), 630-636 (2002).</li><li>Levoy, M., Zhang, Z., McDowall, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recording+and+controlling+the+4D+light+field+in+a+microscope+using+microlens+arrays.">Recording and controlling the 4D light field in a microscope using microlens arrays.</a> Journal of microscopy. 235 (2), 144-162 (2009).</li><li>Stevens, M., P&#225;rraga, C. A., Cuthill, I. C., Partridge, J. C., Troscianko, T. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+digital+photography+to+study+animal+coloration.">Using digital photography to study animal coloration.</a> Biological Journal of the Linnean Society. 90 (2), 211-237 (2007).</li><li>Kim, M. H., Harvey, T. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+imaging+spectroscopy+for+measuring+hyperspectral+patterns+on+solid+objects.">3D imaging spectroscopy for measuring hyperspectral patterns on solid objects.</a> ACM Transactions on Graphics (TOG). 31 (4), (2012).</li></ol>

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

على الرغم من أن أداء وظيفة العديد من أصباغ صباغية والهيكلية يتم التعرف بشكل جيد، ومورفولوجية كثيرة integuments هي من التعقيد بحيث أن التفاصيل الخاصة بهم الهيكلية وظيفة وغير مفهومة 20. وقد وضعت Integuments التخصصات التي تختلف مكانيا على سطح الكائن الحي لتعكس الضوء بشكل مختلف إتجاهي نحو المشاهد. وقد تلقت الاتجاهية الاهتمام بالدرجة الأولى في دراسة التقزح اللوني بسبب تحول لونه مع تغير الحادث وزاوية الرؤية، والبحث في التقزح اللوني من إهاب البيولوجية قد حصل 1D في المقام الأول وبعض القياسات 2D 8،12،17. لكن القياسات 6D المعمم لم تكن روتينية في دراسة integuments 21-23، قزحي الألوان أو غير ذلك، ويتم تقييد الأدب على الظواهر لون العضوي بسبب عدم وجود بيانات لون اتجاهي من نوع يوفر طريقة لدينا. ريشة هو خصوصا Rالتراث الثقافي غير المادي المواد غلافي تضم الترتيبات من هيكل على نطاق وملي من تعليق لاذع: رامي، barbules القاصي والداني barbules. صغر حجم العناصر وترتيباتها معقدة تجعل من الصعب أن نستشف أداء تشتت الضوء من العناصر الفردية. بروتوكول لدينا معزولة بنجاح هيكل على نطاق وملي من تأثير الهندسة على نطاق والماكرو. بواسطة تميز عواقب وظيفية للتعبير الاتجاه هياكل على نطاق وملي لتوقيع بعيدة الميدان من الريش، ونحن مكن التحقيق في عواقب على التكيف. واجهنا المفاضلات العملي بين الطيفية، القرار المكانية والزاوي. اخترنا عالية المكانية، الزاوي المتوسطة والمنخفضة الطيفية لدراساتنا. مجموعات أخرى يمكن استخدامها، ولكن بعض (على سبيل المثال كل عالية) يؤدي إلى العصور قياس طويلة unworkably. يجب أن تركز الانتباه حيث أنه من المهم للالظواهر الخاصة التي تجري دراستها. في اختيار لتوظيف RGB CAميرا مع فلتر فسيفساء باير، قمنا بتصميم بروتوكول لدينا لتتناسب مع النظام البصري الإنسان. ويمكن الاستعاضة عن كاميرا RGB وبروتوكول لدينا تكييفها لقياس التحفيز لون النسبية لأي كائن حي، وهناك حاجة على سبيل المثال حساسية في الطيف للأشعة فوق البنفسجية لقياس الطيور رباعي لوني لون 24،25. ومن شأن كاميرا التصوير الطيفي توفير الحل الأكثر عمومية 25. أثبتنا لدينا بروتوكول مع الريش الجناح TERTIAL نظرا لأنها ملونة وسوت بسهولة ضد لوحة المرجعية. لسوء الحظ، كشفت الفتحة من لوحة معدنية فقط جزء صغير من سطح ريشة. لو تمكنا من قياس وقت واحد على شكل 3D لسطح ريشة بينما قياس الانعكاس ال 25، فإننا لا يمكن تجنب ميكانيكيا تسطيح ريشة وبدلا من قياس ريشة كامل في الطبيعية، وحالته unflattened. التفاعلية، وأدوات متكاملة متخصصة لتصور البيانات تقدم substantiآل صالح إلى العلماء استكشاف وتفسير كميات كبيرة من البيانات. وزيادة التكامل والتفاعل، ويلاحظ والاتصالات أسهل في البيانات. في برنامجنا، يمكن للمستخدم رسم تفاعلي متوسط ​​نثر الاتجاه بوصفها وظيفة من موقف السطحية (الشكل 4). مزيد من برنامجنا التنمية يمكن دمج وظائف بالتآمر الأخرى (أرقام 6، 7) تمديد تجربة تفاعلية.

لون ونمط من إهاب الكائن الحي لعب بيئيا وظائف حرجة اجتماعيا في معظم الأنواع الحيوانية. ويتم تحديد هذه الخصائص المظهرية بواسطة تفاعل الضوء مع هيكل إهاب، التي يمكن أن تظهر نثر البصرية التي تختلف مكانيا (عبر السطح من إهاب) وإتجاهي (مع تغيير في الإضاءة وعرض اتجاه). في المواد البيولوجية المعقدة، مثل الريش، ويتأثر اتجاه تشتت الضوء من قبل التوجه من تكرار الهندسة على نطاق والملة. هذه الهياكل على نطاق ملي أنفسهم قد تكون جزءا لا يتجزأ مع هياكل نانو النطاق، مثل صفائف الميلانين، التي ترث كثيرا ما توجه على نطاق والملة. من النانو إلى ماكرو موازين، تطورت بنية إهاب وظيفيا لزيادة القدرة يشير الكائن الحي. من أجل تقييم تأثير مورفولوجية جداول مختلفة على المظهر العام، وأدوات لقياس وتحليل اللون من الهياكل البيولوجية يحتاجون إلى المرونة لعزل تشتت الضوء اتجاهي على مستويات مختلفة من التكبير. قمنا بتطوير أدوات قياس الصورة القائمة على دراسة كيفية أداء معقدة ومتنوعة مورفولوجيا واسعة ملي ريشة في (رامي اذع، barbules البعيدة، وbarbules الداني) يوسع نطاق التعبير ممكن من هياكل نانو النطاق وحده. في صورة واحدة التي سجلتها الكاميرا، لاحظنا أن الضوء الذي ينعكس بشكل مختلف في مواقع مختلفة على سطح ريشة، وهذا هو، وكان الانعكاس ضوء مكانيا متفاوتة. عندما انتقلنا ضوء وكاميرا الاتجاه فيما يتعلق ريشة، لاحظنا تغيير الانعكاس، وهذا هو، انعكاس الضوء وإتجاهي متفاوتة 1. بعد هذه الملاحظات، قمنا بتصميم بروتوكول للتحرك بشكل منهجي الضوء والكاميرا حول هذا الموضوع باستخدام العملاقة كروية 2،3، التي ألقينا القبض على 2 الأبعاد من سوموقف rface (X و Y)، 2 أبعاد اتجاه الضوء (خطوط الطول والعرض)، و 2 أبعاد اتجاه الكاميرا (خطوط الطول والعرض) (الشكل 2). في برنامج اكتشفنا بصريا الأبعاد 6 من الضوء المتناثرة بوصفها وظيفة للموقف، اتجاه الإضاءة واتجاه العرض. الأبحاث السابقة في الانعكاس من integuments وكثيرا جدا خصم مساهمة اتجاهها - على سبيل المثال انعكاس منتشر مقابل المرآة أو الخواص مقابل متباين الخواص - إلى التعبير اللون. معظم قياسات لون وإصلاح الضوء الساقط، وجوه، والهندسة المشاهدة لتجنب بعناية آثار اتجاهي. على سبيل المثال، للقضاء على انعكاس براق من القياسات اللون، فمن الشائع أن تضع الضوء الطبيعي إلى السطح وتسجيل الانعكاس في 45 درجة من العادي. تركز الدراسات أن تفعل التشكل تصل إلى الانعكاس إتجاهي متفاوتة عادة على مقياس النانووعواقبه قزحي الألوان 4-8. قليلة النظر في مساهمة، الصغرى ملي، وهندستها على نطاق الماكرو إلى توقيع البصرية بعيدة الميدان 8-11. ولذلك فمن الشائع أن توظف ضوء كاشف على الانعكاس الكلي في منطقة واحدة من الفوائد التي قد تشمل عدة ملي و / أو على نطاق الماكرو المكونات، مثل رامي اذع، barbules، وحتى الريش كامل 6،8،11-17 . عندما المنطقة من الفائدة هو إما أصغر من قرار الحد من كاشف أو لا يتوافق مع شكل حقل للكشف عن وجهة نظر، يحدد بروتوكول مشترك تشريح العينة لعزل تشتت الضوء من عنصر معين على نطاق وملي 8،10 ، 13،15. وقد وضعنا بروتوكولا أكثر شمولا لاقتناء القياس والتصور بأن تشجع الاستكشاف من العديد من المتغيرات غالبا ما يتم تجاهلها في الدراسات الأخرى أكثر تركيزا. نقيس تشتت الضوء على مجال الاتجاهات وأكروسالمنطقة SA من الفضاء باستخدام مجموعة هائلة من مدى ديناميكية عالية، والصور عالية الدقة مأخوذة من مجموعة منتظمة من الضوء والاتجاهات المشاهدة. نحن توظيف التصوير الاستشعار عالية الدقة مع مجموعة 2D من أجهزة الكشف عن بكسل على نطاق وغرامة. تجميع في الأجهزة يحدث على مستوى بكسل، على نطاق أصغر من العناصر على نطاق وملي نحن قياس. A المجاميع المرحلة الثانية حدات البكسل الفردية في البرنامج كما يقوم المستخدم بتحديد شكل وحجم المنطقة من الفائدة. وفقا لذلك، مجموعة قياس واحد يمكن تحليلها بشكل متكرر في البرنامج لاستكشاف الجوانب المختلفة للتفاعل الضوء مع المواد في عدة مناصب والمقاييس البيولوجية ذات الصلة. من خلال القضاء على تشريح وقياس ريشة كامل، بروتوكول لدينا لديه ميزة من ترك مورفولوجية ريشة ريشة سليمة، والإبقاء على سياق طبيعي وظيفة وهذا هو، التفاعلات الضوء بين التأسيسية العناصر على نطاق والملة. تشتت الضوء من العضوي لياليtructure هو متعدد الأبعاد ويصعب قياسها كميا. لا يمكن حتى الآن أن يعزى قياس تشتت الضوء 6D إلى التشكل محددة ضمن التسلسل الهرمي للنطاق مع أي صك المفرد. لكننا حققنا خطوة هامة في هذا السعي. وضعنا أداة تشمل ثلاث طرق تكميلية - الانعكاس أخذ العينات باستخدام العملاقة، واستكشاف كميات كبيرة من البيانات في مجال البرمجيات، وتصور مجموعات فرعية البيانات بيانيا - لتوسيع قدرتنا على قياس تشتت الضوء 6D في أي نقطة على المواد، وصولا الى على نطاق والملة. كما تستخدم بروتوكولات مثل بلدنا، نتوقع أن علماء الأحياء تحديد عدد لا يحصى من الصفات إتجاهي ومكانيا متفاوتة والتكييف الهيكلي المقابلة في مستويات متعددة من التنمية. باستخدام أدواتنا ونحن منخرطون في وصف المحتملة يشير التعبير اتجاهي والمكانية للهياكل على نطاق والملة، ونأمل أن تسلط الضوء على العواقب على التكيف. نتناول مجموعة من الأسئلة، مثل: منY تعطى نقطة مراقبة، الذي العناصر على نطاق والغرامة أو مناطق واسعة الإجمالي للريشة تعكس بقوة؟ كيف توجه العناصر على نطاق وغرامة التأثير في اتجاه الضوء المتناثرة؟ ما هي الشروط الشكلية إنتاج لمعان حريري مقابل التألق مطرزة من زخرفة قزحي الألوان؟ هل بعض الأنواع إنتاج أوسع &quot;ويندوز&quot; لمراقبة التقزح اللوني من غيرها؟ قد يطلب هذه الأسئلة حول الطيور وريشها ولكن أيضا عن أي الكائنات الحية الأخرى التي تطورت مظهرا خاصا للإشارات، والتمويه، أو لأسباب أخرى السطح.

measuring spatially- and directionally-varying light scattering from biological material

ضوء يتفاعل مع إهاب أحد الكائنات الحية على مجموعة متنوعة من المقاييس المكانية. على سبيل المثال في الطيور قزحي الألوان: هياكل نانو النطاق إنتاج الألوان؛ هيكل على نطاق وملي من انتقادات لاذعة وbarbules يحدد إلى حد كبير نمط اتجاهي الضوء المنعكس، ومن خلال الهيكل المكاني على نطاق الماكرو من التداخل، والريش المنحنية، وهذه الآثار اتجاهي خلق الملمس البصري. الآثار على نطاق وملي وعلى نطاق الماكرو تحديد مكان على جسم الكائن الحي، وعما وجهات النظر وتحت أي إضاءة، وينظر إلى الألوان قزحي الألوان. وهكذا، فإن فلاش الاتجاه للغاية من الألوان الرائعة من الحلق قزحي الألوان من الطائر الطنان ويفسر كاف من قبل هيكل مقياس النانو وحدها وتبقى الأسئلة. من نقطة مراقبة معين، الذي العناصر على نطاق وملي من الريش موجهة لتعكس بقوة؟ هل بعض الأنواع إنتاج أوسع &quot;ويندوز&quot; لمراقبة التقزح اللوني من غيرها؟ هذه الأسئلة وأمثالها مأن يطلب AY عن أي الكائنات الحية التي تطورت مظهرا خاصا للإشارات، والتمويه، أو لأسباب أخرى السطح. من أجل دراسة أنماط الاتجاه من تشتت الضوء من الريش، وعلاقتها على نطاق وملي التشكل الطائر، وضعنا بروتوكولا لقياس الضوء المتناثرة من المواد البيولوجية باستخدام العديد من الصور الفوتوغرافية عالية الدقة اتخذت مع اختلاف الإضاءة وعرض الاتجاهات. منذ نقيس الضوء المتناثرة بوصفها وظيفة من اتجاه، يمكننا أن نلاحظ أن السمات المميزة في توزيع اتجاهي الضوء المتناثرة من أن ريشة خاصة، ولأن يتم حل انتقادات لاذعة وbarbules في صورنا، يمكننا أن نعزو بوضوح ملامح الاتجاه إلى هذه مختلفة هياكل على نطاق والملة. الحفاظ على عينة سليمة يحافظ على السلوك نثر واسعة الإجمالي ينظر في الطبيعة. الطريقة الموضحة هنا يمثل بروتوكول معمم لتحليل مكانيا وإتجاهي-VArying تشتت الضوء من مواد بيولوجية معقدة على مستويات هيكلية متعددة.

قياس الأولية من بروتوكول لدينا (أنا الروتينية في الشكل 1) إصلاح اتجاه الكاميرا العادية إلى السطح وانتقل فقط ضوء. منذ تلتزم تشتت الضوء لمبدأ المعاملة بالمثل، والنتيجة هي نفسها سواء ونحن نحمل الكاميرا ثابتة بينما تتحرك ضوء على العكس نصف الكرة أو بالعكس. عندما نصلح إما الكاميرا أو ضوء، وundersampled على مجموعة كاملة اتجاه 4 الأبعاد. ويلاحظ وجود صورة أكثر اكتمالا للسلوك تشتت عندما، على عكس قياس الأولية، يتم نقل كل من الضوء والكاميرا بعيدا عن السطحية والعادية في تعدد الاتجاهات. من الناحية المثالية، فإننا لا يمكن قياس تشتت الضوء من اتجاهات عديدة الكاميرا، حتى يصل إلى عدد من الاتجاهات الضوء الساقط، لتسفر عن مجموعة البيانات متناظرة. في الممارسة العملية، فإن هذا يتطلب عدد كبير جدا من التعرض. في تجربتنا، ويمكننا الحصول على معلومات كافية حول المواقف الشخصية مختلفة عن طريق تحريك الكاميرا عدة مرات assuمينغ 180 درجة التماثل الدوراني حول العادي السطح. خلال مرحلة القياس الثانوي، حصلنا على قياسات من 7 الاتجاهات مشاهدة موزعة على نصف الكرة وداخل 60 درجة من ذروة 18،19 (الثاني ألف الروتينية في الشكل 1). في الأرقام من هذه الورقة، وتبين لنا بيانات تمثيلية يقاس من ريشة من Lamprotornis بوربوريوس (الزرزور لامع اللون الأرجواني)، والانعكاس الذي هو براق، لامع، ومتباين الخواص (الشكل 5). في كل اتجاه من الاتجاهات المشاهدة 7، وتجمع الضوء المنعكس من مئات الاتجاهات الإضاءة الحادث على نصف الكرة الغربي. الاتجاهات تشكيل نطاق ضيق الموجهة متعامد على محور مركزي من الريش (انظر صورة ريشة في الشكل 4). تحول لون التقزح اللوني هو دقيق (مزرق الخضراء في حالات عادية والأخضر والأزرق في حالات الرعي) عند عرض ريشة الطبيعي أن سطحه كما رأينا في {0 °، 0 &amp; ديز؛} RGB مؤامرة من الشكل 5. كما عرض زاوية النهج الرعي، إلى أقصى حد الزوايا بين اتجاه عرض والتوجيهات الحادث الرعي، مما أدى إلى تحول لون أكثر لفتا (مزرق والاخضر عند 0 درجة و 240 درجة في أرجواني بين الحادث والاتجاهات المشاهدة) كما رأينا في {60 °، 0 °} RGB مؤامرة في الشكل 5. نحن يمكن أن تحمل إلى الخطوة الضوء والكاميرا في أدق بكثير قرار الزاوي عندما كنا تقييد تحركات ل1 البعد. ويبين الشكل 6 اللونية من الانعكاس من L. ريش بوربوريوس بوصفها وظيفة من الزاوية بين الحادث والاتجاهات المشاهدة، حيث الحادث والاتجاهات النظر هي في الطائرة التي تحتوي على الفرقة براق، والذي هو عمودي على المحور الطولي للbarbule البعيدة. كما الأقواس لون قزحي الألوان من خلال مساحة اللونية، وهوى من تحولات مزرق اللون الأخضر إلى اللون الأرجواني. المكانية فاري<html> أوجه في الانعكاس اتجاهي مرئيا حيث مختلفة (X، Y) بتنسيق من إهاب تتوافق مع مختلف الهياكل على نطاق الملة. في حالة L. بوربوريوس واحد فقط بنية - على barbule القاصي - مرئيا في معظم أنحاء المنطقة. على النقيض من ذلك، في C. من المادة الفعالة، وثلاثة هياكل على نطاق وملي - رامي، barbules القاصي والداني barbules - وتتميز بوضوح في البيانات، ونحن يمكن أن نلاحظ أن الانعكاس من ريشة هو المنحى فيما يتعلق المحور الطولي من كل بنية (الشكل 8) . <img alt="الشكل 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50254/50254fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig1.jpg" /> الشكل 1. هذه نظرة عامة التخطيطي يصور طريقتين تصاعد مستمر، ونظام الإحداثيات الكروية العملاقة، وأنواع العينات اقتناء ونتائج كل منها.<html> / ftp_upload/50254/50254fig1large.jpg &quot;الهدف =&quot; _blank &quot;&gt; اضغط هنا لعرض أكبر شخصية. <img alt="الشكل 2" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig2.jpg" /> الشكل 2. ريشة بالارض مرئيا من خلال فتحة في لوحة معدنية محاطة بحلقة من الأهداف. يمكن أن يطرحها A كروية عملاقة لقياس تشتت الضوء من ريشة في الإضاءة متعددة الحادث والاتجاهات المشاهدة. L = ضوء ذراع (خط العرض). C = ذراع كاميرا (خط العرض). B = كاميرا قاعدة (خط الطول). T = الدوار (خط الطول). F = الريشة. <img alt="الشكل (3)" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig3.jpg" /> الشكل (3). يمكن حساب متوسط ​​نثر الاتجاه من نقطة أو خط أو مستطيل منطقة ريشة ريشة. p_upload/50254/50254fig4highres.jpg &quot;SRC =&quot; / files/ftp_upload/50254/50254fig4.jpg &quot;/&gt; الشكل 4. مثال نثر الاتجاه بالتآمر وظائف (R * = الانعكاس، T * = النفاذية، P * = الأعلى، F * = الجبهة، S * = جانبية، A * = التعسفي) ولون المخططات (* 1 = الإنارة، * 2 = RGB ، * 3 = اللونية). <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/50254/50254fig4large.jpg" target="_blank">انقر هنا لعرض أكبر شخصية</a> . <img alt="الرقم 5" fo:content-width="4.5in" fo:src="/files/ftp_upload/50254/50254fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig5.jpg" /> الشكل 5. النصوع (أعلى) وRGB اللون (القاع) من الانعكاس نصف كروية في الاتجاه فضاء جيب التمام كما ينظر اليها من (زاوية الارتفاع، السمت زاوية) أزواج الإحداثيات: {0 °، 0 °}، {30 °، 0 °}، { 30 °، 90 °}، {60 °، 0 °}، {60 °، 45 °}، {60 °، 90 °}، و {60 °، 135 °}. الانعكاس هو<html> متوسط ​​من × 25 بكسل منطقة مستطيلة من ريشة الوحشي من L. TERTIAL 25 بوربوريوس (الزرزور لامع اللون الأرجواني) ريشة. تمثل الأسهم الحمراء على الاتجاهات الكاميرا. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/50254/50254fig5large.jpg" target="_blank">انقر هنا لعرض أكبر شخصية</a> . <img alt="الشكل (6)" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/50254/50254fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig6.jpg" /> الشكل (6). اللونية من الانعكاس بوصفها وظيفة من نصف الزاوية بين الإضاءة الحادث وعرض الاتجاهات:. CIE 1976 موازين اللونية الموحدة (USC) مع تضخيم المنطقة <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/50254/50254fig6large.jpg" target="_blank">انقر هنا لعرض أكبر شخصية</a> . / 50254/50254fig7highres.jpg &quot;SRC =&quot; / files/ftp_upload/50254/50254fig7.jpg &quot;/&gt; الرقم 7. الانعكاس بوصفها وظيفة من الزاوية بين الإضاءة الحادث والاتجاهات عرض، في الطائرة مع (الأحمر) وعمودي على (المظللة) في المحور الطولي للbarbule القاصي: (أ) الطول الموجي المهيمنة، (B) نسبة صفاء، و(C ) الإنارة٪، وظلال الألوان في رسم هو لون RGB من الانعكاس. تمثل القيم السلبية الطول الموجي الألوان في المثلث الأرجواني غير الطيفية. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/50254/50254fig7large.jpg" target="_blank">انقر هنا لعرض أكبر شخصية</a> . <img alt="الرقم 8" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50254/50254fig8highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig8.jpg" /> الرقم 8. متوسط ​​الانعكاس الاتجاه من barbules القاصي والداني barbules بين اثنين رامي المتاخمة للC. المادة الفعالة (AFريكى الزمرد الوقواق). <img alt="الرقم 9" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/50254/50254fig9highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig9.jpg" /> الشكل 9. (A) صورة غير مصححة تنيره العملاقة مصباح، (B) صورة غير مصححة تنيره فلاش على الكاميرا، (C) مرشحا الهدف تمت تصفيتها في أفيني-حولت، صورة فلاش مضيئة، (D) أهداف حاد مقبول داخل عمق الميدان، (E) مصحح صورة مصباح مضيئة، (F) مستدير ريشة إبعاد الهاتفي، المزروعة وملثمين. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/50254/50254fig9large.jpg" target="_blank">انقر هنا لعرض أكبر شخصية</a> .

Watch this Scientific Journal Video about Measuring Spatially- and Directionally-varying Light Scattering from Biological Material at JoVE.com

Measuring Spatially- and Directionally-varying Light Scattering from Biological Material

فإننا نقدم وسيلة غير مدمرة لأخذ العينات التباين المكاني في اتجاه الضوء المتناثرة من المواد المعقدة هيكليا. عن طريق الحفاظ على المواد سليمة، ونحن الحفاظ على السلوك على نطاق ونثر الإجمالي، في حين اسر بالتزامن المساهمات الاتجاه على نطاق وغرامة مع التصوير عالية الدقة. النتائج هي تصور في مجال البرمجيات في المواقف والمقاييس البيولوجية ذات الصلة.

قياس مكانيا-وإتجاهي-متفاوتة تشتت الضوء من المادة البيولوجية

Light interacts with an organism's integument on a variety of spatial scales. For example in an iridescent bird: nano-scale structures produce color; the ...

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Engineering

Physics

Mechanical Engineering

Unit 1

Physics Basics

Units, Dimensions, and Measurements

SCIENTISTS IN ACTION

Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

تلفيق من أكاسيد مجمع المحصورة مكانيا

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from ...

Measuring Material Microstructure Under Flow Using 1-2 Plane Flow-Small Angle Neutron Scattering

قياس المواد المجهرية تحت التدفق باستخدام الطائرة 1-2 التدفق الصغيرة زاوية تشتت النيوترونات

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is ...

Using Neutron Spin Echo Resolved Grazing Incidence Scattering to Investigate Organic Solar Cell Materials

باستخدام النيوترون سبين صدى حل انتشار الرعي للتحقيق في مواد الخلايا الشمسية العضوية

The spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) technique has been used to probe the length-scales associated with irregularly shaped ...

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

قياس التشتت الغير خطية من الجسيمات النانوية Plasmonic واحدة

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus ...

Experimental Methods for Investigation of Shape Memory Based Elastocaloric Cooling Processes and Model Validation

طرق تجريبية لElastocaloric عمليات التبريد التحقيق في ذاكرة الشكل وبناء ونموذج التحقق من صحة

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor ...

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

Scanning Light Scattering Profiler SLPS Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

المسح الضوئي لانتثار الضوء المنشئ (سلبس) المنهجية لتقييم كميا إلى الأمام والخلف نثر الضوء من العدسات داخل العين

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light ...

High-speed Continuous-wave Stimulated Brillouin Scattering Spectrometer for Material Analysis

عالية السرعة كونتينووسوافي برلين حفز نثر مطياف لتحليل المواد

Recent years have witnessed a significant increase in the use of spontaneous Brillouin spectrometers for non-contact analysis of soft matter, such as ...

Determination of the Excitation and Coupling Rates Between Light Emitters and Surface Plasmon Polaritons

تصميم الإثارة وتقارن معدلات بين بولاريتونس السطحية مأكل مثل الطحين وبواعث الخفيفة

We have developed a unique method to measure the excitation and coupling rates between the light emitters and surface plasmon polaritons (SPPs) arising ...

Synchrotron X-ray Microdiffraction and Fluorescence Imaging of Mineral and Rock Samples

السنكروتروني ميكروديفراكتيون الأشعة السينية والتصوير Fluorescence المعدنية وعينات من الصخور

In this report, we describe a detailed procedure for acquiring and processing&#160;x-ray microfluorescence (&#956;XRF), and Laue and powder ...

Measurement of Dynamic Force Acted on Water Strider Leg Jumping Upward by the PVDF Film Sensor

قياس قوة دينامية تصرف المحطة المياه ستردير القفز إلى أعلى من أجهزة الاستشعار الفيلم PVDF

This study aimed to make an explanation for the phenomenon in nature that water strider usually jumps or glides on the water surface easily but quickly, ...