我们更多地了解昆虫行为的能力——昆虫在全球范围内影响生态、健康和经济——在很大程度上取决于合适的记录技术。但到目前为止，这些工具一直受到相当大的限制。
为了解决这个问题，德国弗莱堡阿尔伯特-路德维希大学的一个研究小组开发了一种适应性强的系统，可以与各种类型的硬件相结合，以产生昆虫飞行行为的高速视频记录，并在很远的距离上跟踪它们在野外的轨迹。
该团队在一篇题为“使用快速锁定跟踪的昆虫高分辨率户外摄像”的论文中描述了这项技术，该论文发布在bioRxiv预印本服务器上。这项新工作是他们早期关于该主题的研究的后续，该研究于 2020 年发布。
从历史上看，昆虫行为研究人员依靠直接观察来获得新的见解，最近他们采用了谐波雷达跟踪来获取有关昆虫飞行轨迹的信息，尤其是蜜蜂的飞行轨迹。然而，这种雷达的分辨率在空间和时间上都受到限制。
在实验室中，研究人员使用更高分辨率的相机来研究昆虫飞行行为的细节，但这种相机的用处并没有扩展到自然昆虫环境，在自然环境中，任何数量的变量都可能影响飞行功能。
研究人员还使用了固定的相机摄像并取得了一些成功，但这种方法在特定视场宽度的像素数量有限的情况下最有效。将这种方法应用于更宽的视野会产生较低的角分辨率，而添加像素会模糊主体运动。在手动连续调整相机瞄准以跟随运动的同时放大拍摄对象是不可能的。
同时，将高放大倍率光学器件与高速图像跟踪相结合，适用于鸟类、无人机和运动球等较大的物体，但昆虫等小型物体需要低延迟。用多个摄像头包围飞虫或在室内环境中使用简化的背景可能会有所帮助，但这些方法也有明显的局限性。
然而，逆向反射器代表了有效、详细的昆虫追踪的潜在解决方案。根据使用先前开发的昆虫跟踪方法的研究，这项最新工作背后的研究团队将该解决方案称为快速锁定跟踪，并报告了他们使用它来跟踪户外昆虫飞行的努力。
为了将 FLO 跟踪用于飞虫，需要将一个微小、轻便的反光标记贴在被摄体上。当被摄体移动时，标记器向光学传感器发送信号，控制传感器的光轴，同时最大限度地减少被摄体与传感器中心点的发散。在这项研究中，研究人员在传感器的光轴附近建立了红外照明，并平移和倾斜光轴，以重建测试对象的飞行路径，包括蝗虫、大黄蜂和蜜蜂——通过FLO系统检测到的角度。
正如他们的论文所解释的那样，“从传感器输入到电机输出的低延迟将提高系统性能并实现更高放大倍率的光学器件，这可以带来进一步的性能提升。从控制的角度来看，FLO是一种闭环设计，其中目标图像与传感器中心的位移是昆虫角度与受控光路角位置之间的误差角。
该团队的测试视频成功地捕捉到了测试对象“从起飞到着陆的高放大倍率和低运动模糊”的飞行，昆虫附肢在飞行过程中仍然处于焦点。
此外，该系统的创建成本并不高，只需使用计算机、低延迟数码相机和云台电机系统即可构建。本文详细介绍了硬件、角度重构的计算和实现方法。
该团队承认，追踪昆虫在户外的飞行是一个重要问题，但仍然缺乏完整的解决方案。至少还存在三个主要弱点。首先，FLO闭环系统内的跟踪暂时丢失可能导致跟踪完全失败。
此外，“该系统不会直接估计到受试者的距离，”该论文指出。最后，虽然成功的跟踪过程本身不需要精确校准，但提取和准确确定最终的 3D 坐标将需要精确校准。
建议的改进包括使用多个FLO系统协同工作，通过三角测量改进计算，并通过开发先进的计算机视觉技术来检测昆虫上的物体，从而消除对逆向反射器的需求。
然而，研究人员仍然乐观地认为，FLO跟踪可用于研究昆虫飞行行为的许多方面，包括与更大的生态问题直接相关的几个方面，例如昆虫对人造夜间灯光的反应，栖息地的丧失以及觅食区的杀虫剂处理。
