昆虫定向跟踪现象的生物学研究现状

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昆虫的复眼人类通过双眼可以观察周围的事物，这种视觉信息毫无疑问也是昆虫所拥有的。研究发现，视觉在昆虫的定位跟踪策略中起到了核心的作用。

蜜蜂是社会性昆虫，拥有某些不可思议的个人和社会行为，例如学习、记忆等等。这些高级行为与定位跟踪策略有着紧密的联系。所以，研究蜜蜂的复眼对于探究昆虫的定向跟踪策略有很大的帮助。64504

蜜蜂的视觉器官与人类的不同。蜜蜂的头部两侧有一对较大的复眼[1]，头部的背侧还有三只成三角形排列的单眼。在昆虫视觉上起主要作用的是复眼，复眼由许许多多重复的小眼组成。研究表明，这些数以千计的小眼呈六边形，排列相当的紧密。来自不同方向的光点都可以刺激这些小眼。复眼不仅能够识别物体的形状，甚至是运动着的物体，还能辨别颜色。我们把蜜蜂的一个小眼比作一个特定方向的镜头，每一个镜头都可以接收昆虫所能看到的总场景的一个小部分，所有镜头的汇总形成了整个图像。蜜蜂小眼的数量与成像的清晰程度有关并且成正比的关系。

2 光流及光流场

当某个物体运动的时候，该物体在整个图像上对应点的亮度模式也在运动。这种亮度模式的运动就被称为光流[2]。

光流场则是由光流引出的一个概念。整个图像中的所有像素点构成了一个二维瞬时速度场，而这些二维速度矢量其实是三维速度矢量在成像表面的投影。由此可见，光流包含的信息相当丰富，它既能体现出物体的运动信息，而且还呈现了物体的三维结构信息。论文网

飞行昆虫的定向跟踪策略则依据了光流的原理。投影在飞行昆虫视网膜上的运动模式取决于昆虫的运动轨迹以及视觉环境的三维结构[3]。这些运动模式携带了大量的运动信息。飞行昆虫对微小时间间隔内亮度模式的变化非常灵敏。由此可见，飞行昆虫利用光流的原理制定出一套属于自身的定向跟踪策略，不同的昆虫具有不同的定向跟踪策略。这些定向跟踪策略可以很好的指导昆虫控制自身的运动避开障碍物以及判断与目标的距离等等[4]。

3 基于昆虫定向跟踪策略的一些生物学实验

1 M.V.Srinivasan对自由飞行蜜蜂跟踪运动目标的研究

M.V.Srinivasan把绘有特定颜色的纸张置于底平面作为背景，在底平面上放置目标物体。目标物体沿着预设定的x轴直线做正弦振荡运动。目标的瞬时位置和蜜蜂接近该目标的飞行轨迹在实验中都记录在录像带上。经过图像的数字化以及计算机的种种处理，蜜蜂在三维空间中的位置和体轴的朝向以及目标相对蜜蜂的位置全部被计算得到。对这些数据进行简单系统的处理，M.V.Srinivasan给出了实验中蜜蜂定向跟踪方式的研究成果。文献综述

M.V.Srinivasan认为：当自由飞行的蜜蜂与目标距离相距较远时，自由飞行的蜜蜂靠近目标的方式主要通过修正与目标物体的角度偏差来实现。在整个定向跟踪的过程中，自由飞行的蜜蜂无论是在水平方向还是在垂直方向，都使用了目标误差角以及目标相对蜜蜂的角速度的这两个重要的信息；当自由飞行的蜜蜂与目标距离相距较近时，自由飞行的蜜蜂靠近目标的方式主要通过横向移动来实现，当然修正与目标物体的角度偏差也是必不可少的[5]。

2 家蝇飞行轨迹的三维重现

生物学家们拍摄雄蝇追逐雌蝇的飞行轨迹并利用数学模型对这段轨迹进行三维重现。三维重现后，可以清楚的看出：雄蝇追逐雌蝇时，雄蝇的位置处于雌蝇的后下方，在这个角度上，雄蝇可以用复眼的背前区部分寻找并跟踪雌蝇。追逐过程中，雄蝇和雌蝇在水平方向上是保持一致的，也就是说，雄蝇与雌蝇之间的水平误差角接近为零或者说努力保持为零[6]。