DE102012016122A1

DE102012016122A1 - Method for detecting e.g. position of insect within observation arena during performing experiments for evaluating biological behavior, involves detecting light scattered due to interrupted reflectance in animal by camera

Info

Publication number: DE102012016122A1
Application number: DE201210016122
Authority: DE
Inventors: Xiaoyi Jiang; Christian Klämbt; Benjamin Risse; Dimitar Valkov
Original assignee: Westfaelische Wilhelms Universitaet Muenster
Current assignee: Qubeto De GmbH
Priority date: 2012-08-15
Filing date: 2012-08-15
Publication date: 2014-02-20

Abstract

The method involves coupling a light (3) into a photoconductive disk (1) over edge surfaces the disk such that the light is propagated between opposing surfaces of the disk due to total reflection. Total reflectance at a contact position is interrupted with contact of one of the opposing surfaces by an animal (4). The light scattered due to the interrupted reflectance at the position or in the animal is detected by a camera (6). A dye agent and a contrast agent are applied to the animal such that an inner body region or internal organ of the animal is observed with increased/reduced contrast. An independent claim is also included for a device for detecting an animal within an observation arena.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung wenigstens eines Tieres, innerhalb einer Beobachtungsarena, insbesondere eines Insektes oder einer Insektenlarve innerhalb einer Beobachtungsarena, wobei Bilder von dem wenigstens einen Tier mit wenigstens einer Kamera erfasst werden.The invention relates to an apparatus and a method for detecting at least one animal, within an observation arena, in particular an insect or an insect larva within an observation arena, wherein images of the at least one animal are detected by at least one camera.

Verfahren dieser gattungsgemäßen Art sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt und werden zum Beispiel eingesetzt, um das biologische Verhalten von Tieren messtechnisch zu erfassen und insbesondere auswerten zu können. Es können so z. B. Positionen eines Tieres in der Beobachtungsarena erfasst werden, ebenso wie Bewegungen, Bewegungsabläufe aber auch die Form oder Verformungen der Tierkörper. Es besteht auch die Möglichkeit eine Vielzahl von Tieren mit solchen Verfahren und Vorrichtungen zu zählen.Methods of this generic type are known in principle in the prior art and are used, for example, to detect the biological behavior of animals by measurement and in particular to be able to evaluate. It can be such. B. positions of an animal in the observation arena are detected, as well as movements, movements but also the shape or deformations of the carcasses. It is also possible to count a variety of animals with such methods and devices.

Bislang wird dabei im Stand der Technik derart vorgegangen, dass in einer Auflicht- oder auch einer Durchlichtanordnung Tiere beleuchtet werden und das von den Tieren reflektierte oder durch die Tiere hindurch transmittierte Licht mit wenigstens einer Kamera erfasst wird.So far, the procedure in the prior art is such that animals are illuminated in an incident or transmitted light arrangement and the light reflected by the animals or transmitted through the animals is detected by at least one camera.

Eine Aufbereitung der so erfassten Bilder mittels einer nachgelagerten Bildauswertung, z. B. einer softwarebasierten Auswertung kann beispielsweise darin bestehen, in den jeweils aufgenommenen Bildern zu analysieren, welche Bildbereiche einem Tier zuzuordnen sind und welche Bildbereiche zum Hintergrund gehören. Hierfür können grundsätzlich bekannte Bilderkennungsalgorithmen eingesetzt werden, z. B. solche, die anhand der Helligkeit von Bildbereichen in den Kamerabildern festlegen, ob ein Bildbereich zu einem Tier oder zu dem Hintergrund zuzuordnen ist. Durch eine Schwellwertüberschreitung oder -unterschreitung kann dies festgestellt werden.A preparation of the thus captured images by means of a downstream image analysis, z. B. a software-based evaluation, for example, consist in analyzing in each recorded images, which image areas are assigned to an animal and which image areas belong to the background. For this purpose, basically known image recognition algorithms can be used, for. For example, those that determine whether an image area is to be assigned to an animal or to the background based on the brightness of image areas in the camera images. This can be detected by a threshold overrun or undershoot.

Anhand einer solchen Bildauswertung können demnach in den einzelnen Bildern zum Beispiel die Positionen sowie auch Bewegungstrajektorien beziehungsweise auch Bewegungsmuster oder -ablaufe der Tiere erkannt oder ermittelt werden. Es besteht so die Möglichkeit, beispielsweise das Verhalten der Tiere, wie das Bewegungsverhalten oder andere biologisch interessante Aspekte zu untersuchen. Auch Formen oder Konturen der Tiere können so grundsätzlich erfasst werden.On the basis of such an image analysis, it is therefore possible to detect or determine the positions as well as movement trajectories or also movement patterns or sequences of the animals in the individual images. It is thus possible, for example, to investigate the behavior of the animals, such as the movement behavior or other biologically interesting aspects. Even shapes or contours of the animals can be detected in principle.

Als wesentlicher Nachteil bei den vorbekannten Verfahren ist es bekannt, dass die teils schlechten Kontrastverhältnisse, etwa bei transparenten Tieren, wie einigen Larven, z. B. Drosophila-Larven, die Zuverlässigkeit bei der Erkennung solcher Bildbereiche, die Tieren zuzuordnen sind und solcher Bildbereiche, die dem Hintergrund zuzuordnen sind, beschränken.As a major disadvantage of the previously known methods, it is known that the sometimes poor contrast ratios, such as in transparent animals, such as some larvae, z. Drosophila larvae, which limit reliability in recognizing such image areas attributable to animals and those image areas attributable to the background.

Im Wesentlichen ergibt sich diese Problematik daraus, dass auch in dem eigentlich nicht interessierenden Hintergrund reflektiertes oder gestreutes Licht aus der Umgebung oder auch von einer zur Beleuchtung verwendeten Lichtquelle vorhanden ist und hierdurch das Kontrastverhältnis reduziert wird. Es ist daher teilweise schwierig, häufig auch unmöglich, geeignete Schwellwerte festzulegen, um mit solchen Schwellwerten zu entscheiden, ob eine Bildinformation zum einem Tier oder zum Hintergrund gehört.In essence, this problem arises from the fact that even in the background that is not actually interesting, reflected or scattered light from the environment or else from a light source used for illumination is present, and as a result the contrast ratio is reduced. It is therefore sometimes difficult, often even impossible, to establish suitable threshold values in order to decide with such threshold values whether image information belongs to an animal or to the background.

Darüber hinaus ist es nachteilig bei den bislang im Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen, dass besonders bei Anordnungen, die von den Tieren reflektiertes Licht aufnehmen, Information aus dem Inneren eines Tieres, wie beispielsweise über Organe oder über den sonstigen Körperbau, nicht erhalten werden können. Auch bei Anordnungen, die in Transmission arbeiten und somit das durch ein Tier hindurch geleuchtetes Licht erfassen, ist bei den bisherigen im Stand der Technik bekannten Verfahren eine ausreichende Auflösung innerer Tierstrukturen nicht in zufriedenstellendem Maße möglich.Moreover, it is disadvantageous in the methods and devices hitherto known in the prior art that, especially in arrangements which receive light reflected by the animals, information from the inside of an animal, such as via organs or via the other physique, is not obtained can. Even with arrangements which work in transmission and thus detect the light which has been illuminated by an animal, a sufficient resolution of internal animal structures is not possible to a satisfactory extent in the prior art methods known in the prior art.

Darüber hinaus ist es schwierig, bei einer Ansammlung von mehreren gleichzeitig beobachteten Tieren bei den bislang bekannten Verfahren, Tiere in ausreichendem Maße zu individualisieren, das heißt von anderen Tieren unterscheidbar zu machen. Dies gilt auch dann, wenn die Anzahl der Tiere gering ist, insbesondere wenn zwei oder mehr Tiere sich mit einem geringen Abstand zueinander fortbewegen, da dann im Kameraabbild verschmolzene Tierkonturen entstehen können.In addition, in a collection of several simultaneously observed animals in the previously known methods, it is difficult to individualize animals sufficiently, that is to distinguish them from other animals. This is true even if the number of animals is low, especially if two or more animals move with a small distance from each other, since then fused animal contours can arise in the camera image.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und hierfür ein Verfahren bereitzustellen, das höhere Kontrastwerte und somit auch eine bessere Erkennbarkeit der Tiere in ihrem äußeren sowie bevorzugt auch in ihren inneren Strukturen ermöglicht. Insbesondere soll das erfindungsgemäße Verfahren auch dazu beitragen, eine vereinfachte Individualisierung von einzelnen Tieren, das heißt Unterscheidung bestimmter Tiere aus der Masse von mehreren Tieren vornehmen zu können.It is therefore an object of the invention to overcome the aforementioned disadvantages and to provide a method for this, which allows higher contrast values and thus also a better recognizability of the animals in their outer and preferably also in their internal structures. In particular, the method according to the invention should also contribute to being able to carry out a simplified individualization of individual animals, that is to say distinguishing certain animals from the mass of several animals.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren oder einer Vorrichtung der eingangs genannten gattungsgemäßen Art die Beobachtungsarena zumindest zum Teil durch wenigstens einen lichtleitenden Körper gebildet wird und Licht in den Körper eingekoppelt wird, und das Licht in dem Körper zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen des lichtleitenden Körpers aufgrund Totalreflexion propagiert, wobei bei einem Kontakt einer der beiden gegenüberliegenden Oberflächen durch wenigstens ein Tier die Totalreflexion an der Kontaktposition unterbrochen wird und das aufgrund der unterbrochenen Totalreflexion an der Kontaktposition und/oder im Tier gestreute Licht mit der wenigstens einen Kamera erfasst wird.This object is achieved in that in a method or apparatus of the aforementioned generic type, the observation arena is at least partially formed by at least one photoconductive body and light is coupled into the body, and the light in the body between opposing surfaces of the light transmitting Propagated body due to total reflection, wherein upon contact of one of the two opposing surfaces by at least one animal, the total reflection is interrupted at the contact position and the light scattered due to the broken total reflection at the contact position and / or animal is detected with the at least one camera.

So besteht durch die Erfindung beispielsweise die Möglichkeit, mit hohem Kontrast Tiere in der Position zu erfassen, zu zählen, Bewegungen oder Bewegungabläufe zu erfassen oder an den Tieren sonstige gewünschte Informationen messtechnisch zu erheben, wie z. B. deren Form, Kontur oder inneren Aufbau.Thus, by the invention, for example, the ability to capture animals in the position with high contrast count, to detect movements or movement sequences or to collect other desired information on the animals, such as. B. their shape, contour or internal structure.

Als lichtleitender Körper ist grundsätzlich jeder Körper geeignet, dessen Material im Volumen des Körpers eine Lichtpropagation nach dem Prinzip der Totalreflektion ermöglicht zwischen Körperoberflächen, die den Körper zu seiner Umgebung mit einem geringeren Brechungsindex als das Körpermaterial begrenzen. Bevorzugt, jedoch nicht zwingend ist ein Material eines solchen Körpers transparent für die Wellenlänge des zur Einstrahlung verwendeten Lichtes.In principle, any body whose material in the volume of the body permits light propagation according to the principle of total reflection between body surfaces which delimit the body to its surroundings with a lower refractive index than the body material is suitable as a light-conducting body. Preferably, but not necessarily, a material of such a body is transparent to the wavelength of the light used for the irradiation.

In vorteilhafter aber nicht beschränkender Ausführung kann als lichtleitender Körper z. B. eine Scheibe eingesetzt werden, insbesondere deren Material im Volumen für die verwendete Wellenlänge transparent ist. Es kann dabei vorgesehen sein, dass eine Oberfläche des lichtleitenden Körpers, insbesondere eine für den Kontakt mit einem Tier vorgesehene Oberfläche selbst nicht transparent, also z. B. mattiert ist. Unter der Beobachtungsarena wird hier, wie auch im Stand der Technik, derjenige Flächenbereich oder auch Volumenbereich verstanden, in dem sich wenigstens ein zu beobachtendes Tier während der Beobachtung des wenigstens einen Tieres befindet beziehungsweise aufhalten kann. Hierbei ist die Beobachtungsarena im Wesentlichen flächig, sofern es sich um Tiere handelt, die flugunfähig sind und soweit man die Volumenausdehnung des zu beobachtenden Tieres in Richtung zur optischen Achse der Beobachtung im Wesentlichen vernachlässigt. Eine Beobachtungsarena kann hingegen bei einem flugfähigen Tier auch ein dreidimensionaler Bereich, das heißt, ein Volumen, somit also ein Beobachtungsvolumen sein.In an advantageous but non-limiting embodiment can be used as a light-conducting body z. Example, a disc can be used, in particular their material is transparent in volume for the wavelength used. It may be provided that a surface of the light-conducting body, in particular a provided for contact with an animal surface itself is not transparent, so z. B. is frosted. Here, as in the prior art, the observation arena is understood to be the surface area or volume area in which at least one animal to be observed can be located or stop during the observation of the at least one animal. Here, the observation arena is essentially flat, as long as it is animals that are flightless and as far as the volume expansion of the animal to be observed in the direction of the optical axis of the observation is substantially neglected. An observing arena, on the other hand, can also be a three-dimensional area, that is, a volume, ie, an observation volume, in the case of an airworthy animal.

Unter den Oberflächen, zwischen denen das Licht durch Totalreflexion propagiert, werden bevorzugt, insbesondere, wenn es sich um eine Scheibe handelt, die beiden einander gegenüberliegenden größten Flächen des Körper/der Scheibe verstanden, die demnach also durch die Dicke des Körpers/der Scheibe beabstandet sind.Among the surfaces between which propagates the light by total reflection, are preferred, in particular, when it is a disc, the two opposite largest surfaces of the body / the disc understood, so therefore spaced by the thickness of the body / the disc are.

Das erfindungswesentliche Merkmal, dass der wenigstens eine lichtleitende Körper zumindest zum Teil die Beobachtungsarena bildet, ist derart zu verstehen, dass die Beobachtungsarena beispielsweise ausschließlich durch den lichtleitenden Körper gebildet sein kann, beispielsweise bei solchen Tieren, die sich lediglich auf der Oberfläche dieses Körpers fortbewegen oder aber auch, dass der Körper die Beobachtungsarena nicht vollständig ausbildet, zum Beispiel die Beobachtungsarena nur zu einer Richtung hin begrenzt, insbesondere dann wenn es sich um flugfähige Tiere handelt, die in einem Volumen beobachtet werden, bei welchem der wenigstens eine lichtleitende Körper eine Ausbreitungsbegrenzung für das Tier darstellt.The feature essential to the invention that the at least one light-guiding body at least partially forms the observation arena is to be understood such that the observation arena can be formed, for example, exclusively by the light-conducting body, for example in those animals which move only on the surface of this body or but also that the body does not completely form the observation arena, for example the observation arena is limited to only one direction, in particular when it is an airworthy animal, which is observed in a volume in which the at least one light-conducting body has a propagation limitation represents the animal.

Der wesentliche Kerngedanke und besondere Vorteil der Erfindung ergibt sich dadurch, dass innerhalb eines solchen lichtleitenden Körpers aus einem Material mit einem bestimmten Brechungsindex gegenüber der Umgebung mit einem geringeren Brechungsindex, wie beispielsweise der Umgebungsluft, aufgrund des physikalischen Prinzips der Totalreflexion in dem Körper befindliches Licht, zumindest bei idealisierter Betrachtung, nicht aus dem Volumen des Körpers austreten kann.The essential core idea and particular advantage of the invention results from the fact that, within such a light-guiding body made of a material with a certain refractive index relative to the environment with a lower refractive index, such as the ambient air, due to the physical principle of total reflection in the body light, at least on idealized consideration, can not escape from the volume of the body.

Es besteht demnach die Möglichkeit, in den lichtleitenden Körper Licht aktiv einzukoppeln, beispielsweise dadurch, dass Lichtquellen an den Kantenflächen des Körpers z. B. einer Scheibe oder auch in den Kanten des Körpers angeordnet werden und Licht so in das innere Volumen des Körpers Scheibe einstrahlen, dass es sodann innerhalb des Körpers total reflektierend propagiert und den Körper nicht nach außen hin verlassen kann, zumindest idealisiert, sofern man streuende Stellen im Glas oder auf der Oberfläche vernachlässigt.There is therefore the possibility of actively coupling light into the light-guiding body, for example by virtue of the fact that light sources are applied to the edge surfaces of the body z. As a disc or in the edges of the body are arranged and radiate light into the inner volume of the body disc that then propagates totally reflective within the body and can not leave the body to the outside, at least idealized, provided one scattering Places in the glass or on the surface neglected.

Trotz der intensiven Beleuchtung des inneren Volumens eines solchen lichtleitenden Körpers nimmt daher eine Kamera, welche eine Oberfläche des Körpers fotografisch oder videografisch erfasst, insbesondere parallel zur Oberflächennormalen erfasst, keinerlei oder nur vernachlässigbare Untergrundhelligkeit auf, da im Wesentlichen keinerlei Licht aus der Scheibe in Richtung zur Kamera strahlen kann.Despite the intensive illumination of the internal volume of such a light-guiding body, therefore, a camera, which detects a surface of the body photographically or videographically recorded, in particular parallel to the surface normal, no or only negligible background brightness, because substantially no light from the disk in the direction of Camera can radiate.

In einem solchen Fall jedoch, wenn zwischen einer Oberfläche des lichtleitenden Körpers und einem Tier ein Kontakt entsteht, das Tier also beispielsweise sich auf der Oberfläche niederlässt oder dort abgesetzt wird oder ein Tier sich auf der Oberfläche bewegt, wird an der Kontaktposition durch den Kontakt und hier physikalisch gesprochen durch eine Änderung des Brechungsindexes der Oberflächenumgebung aufgrund des Tierkörpers, die Totalreflexion unterbrochen und es kann an dieser Kontaktposition das in dem lichtleitenden Körper propagierende Licht sowohl direkt in Richtung zur Kamera als auch in das Tier hineingestreut und durch gegebenenfalls weitere Reflexions- oder Streuprozesse im Tier sodann hiernach in Richtung zur Kamera gelangen.In such a case, however, when contact is made between a surface of the photoconductive body and an animal, for example, the animal settles or settles on the surface or an animal moves on the surface, at the contact position through the contact and Here, physically speaking, by a change in the refractive index of the surface environment due to the carcass, the total reflection is interrupted, and at this contact position, the light propagating in the photoconductive body may become light both scattered directly towards the camera and in the animal and then by further reflection or scattering processes in the animal then hereafter move towards the camera.

Im Kamerabild, also dem von der Kamera erfassten Datensatz, wird demnach die Position des Tieres beziehungsweise ein Abbild des Tieres durch dieses Licht erzeugt, welches aufgrund der unterbrochenen Totalreflexion den Weg zur Kamera findet.In the camera image, that is, the data recorded by the camera record, therefore, the position of the animal or an image of the animal is generated by this light, which finds the way to the camera due to the interrupted total reflection.

Hierdurch ergibt sich ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, da aufgrund der im Wesentlichen bestehenden Untergrundfreiheit sich ein hohes Kontrastverhältnis zwischen detektiertem Tier und Untergrund in einem Kamerabild ergibt.This results in a significant advantage over the prior art, since due to the substantially existing underground freedom, a high contrast ratio between detected animal and ground in a camera image results.

Eine Scheibe, die für den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens einsetzbar ist, kann beispielsweise durch eine Glasscheibe oder auch durch eine Plexiglasscheibe ausgebildet werden oder jegliches andere bevorzugt transparente Material, in welchem Licht aufgrund von Totalreflexion im Inneren propagieren kann und welches ein Austritt aus der Scheibe in Richtung zur Kamera bei unterbrochener Totalreflexion ermöglicht.A pane which can be used for the use of the method according to the invention can be formed, for example, by a glass pane or also by a Plexiglas pane or any other preferably transparent material in which light can propagate in the interior due to total internal reflection and which leaves the pane Direction to the camera with interrupted total reflection allows.

Es kann hier vorgesehen sein, Kameras zu verwenden, die den gesamten auch für den Menschen sichtbaren Spektralbereich erfassen können, wofür es sodann sinnvoll sein kann, in Beobachtungsrichtung, das heißt im Wesentlichen in Richtung der optischen Achse der Kameraoptik hinter der zu beobachtenden Oberfläche des lichtleitenden Körpers/der Scheibe einen dunklen Hintergrund anzuordnen, damit kein oder möglichst wenig Umgebungslicht in die Kamera hineinfällt und hierdurch das Hintergrundlichtniveau repräsentiert wird.It can be provided here to use cameras which can detect the entire visible to humans spectral range, for which it may then be useful in the observation direction, that is substantially in the direction of the optical axis of the camera lens behind the surface to be observed of the photoconductive Body / the disc to arrange a dark background, so that no or as little ambient light falls into the camera and thereby the background light level is represented.

In einer dem gegenüber bevorzugten Ausführungsform kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Kamera, welche das aufgrund unterbrochener Totalreflexion gestreute Licht erfasst, mit einem Bandpass-Wellenlängenfilter betrieben wird, in dessen Durchlassbereich die Wellenlänge des in den lichtleitenden Körper, insbesondere eine Scheibe eingekoppelten Lichtes liegt.In a preferred embodiment opposite, however, it can also be provided that the at least one camera which detects the light scattered due to interrupted total reflection is operated with a bandpass wavelength filter, in the passband of which the wavelength of the light-conducting body, in particular a pane, is used coupled light is located.

Es kann so die verwendete Wellenlänge der zur Einkopplung des Lichtes in den Körper verwendete(n) Lichtquelle(n) sowie auch der Durchlassbereich des Bandpassfilters derart angepasst sein, dass diese außerhalb des für den Menschen sichtbaren Wellenlängenbereichs liegt, insbesondere im Infrarotbereich, also demjenigen Wellenbereich, der sich zum langwelligen, an den sichtbaren Bereich anschließt.Thus, the wavelength of the light source (s) used for coupling the light into the body and also the passband of the bandpass filter can be adapted such that it lies outside the wavelength range visible to humans, in particular in the infrared range, that is to say that wavelength range which connects to the long-wave, to the visible area.

Wird demnach die Kamera mit einem Bandpass-Wellenlängenfilter betrieben, so kann bei einer üblichen Laborbeleuchtung, welche keinen oder zumindest keinen wesentlichen Infrarotanteil im Lichtspektrum aufweist, eine sehr geringe bis quasi verschwindende Lichtintensität im Hintergrund des Kamerabildes erzielt werden, obwohl eine Versuchsapparatur zur Durchführung des Verfahrens in üblichem Umgebungslicht gehandhabt wird.Accordingly, if the camera is operated with a bandpass wavelength filter, in a conventional laboratory lighting, which has no or at least no significant infrared component in the light spectrum, a very low to almost vanishing light intensity in the background of the camera image can be achieved, although an experimental apparatus for performing the method is handled in normal ambient light.

Das an einer Kontaktposition und/oder im Tier in Richtung zur Kamera gestreute beziehungsweise reflektierte Licht kann, im Gegensatz zum Umgebungslicht, den eingesetzten Bandpass-Wellenlängenfilter der Kamera durchdringen und wird demnach von der Kamera entsprechend wahrgenommen ohne von Umgebungslicht überlagert zu sein.The light scattered or reflected at a contact position and / or in the animal in the direction of the camera can, in contrast to the ambient light, penetrate the inserted bandpass wavelength filter of the camera and is accordingly perceived by the camera without being superimposed by ambient light.

Wellenlängen die durch einen Filter vor der Kamera herausgefiltert werden oder welche eine Kamera aus anderen Gründen nicht erfasst, können darüber hinaus auch zusätzlich im Rahmen des Verfahrens und der Vorrichtung verwendet werden, ohne die eigentliche Messung zu stören. Z. B. kann dies bei den später erwähnten Stimuli durch Licht erfolgen, die mit solchen von einer Kamera nicht erfassbaren jedoch von Tieren wahrgenommenen Wellenlängen erfolgen können. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer damit betriebenen Vorrichtung ergibt sich durch den Effekt, dass am Ort der unterbrochenen Totalreflexion, also dort wo ein Tier die Oberfläche des lichtleitenden Körpers kontaktiert, eine Streuung des im Scheibenvolumen propagierenden Lichtes auch in das Innere des Tieres, das heißt in dessen Körper hinein stattfindet und das in diese Richtung gestreute Licht weiterhin an inneren Tierstrukturen, zum Beispiel Organen, gestreut und/oder reflektiert wird und sodann erst von der Kamera erfasst wird.Wavelengths which are filtered out by a filter in front of the camera or which a camera does not detect for other reasons can also be additionally used in the context of the method and the device without disturbing the actual measurement. For example, in the case of the later-mentioned stimuli, this can be done by light, which can be done with those wavelengths that are not detectable by a camera but are perceived by animals. Another significant advantage of the method according to the invention and a device operated therewith results from the effect that at the location of the interrupted total reflection, ie where an animal contacts the surface of the light-guiding body, a scattering of the light propagating in the pane volume also into the interior of the animal that is to say, it takes place in its body and the light scattered in this direction continues to be scattered and / or reflected on internal animal structures, for example organs, and is then only detected by the camera.

Gegenüber den im Stand der Technik üblicherweise bekannten Durchlicht- oder Auflichtanordnungen hat demnach die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens den wesentlichen Vorteil, dass im Kamerabild und hier in demjenigen Bildbereich, der aufgrund einer Bildverarbeitung einem Tier zugeordnet werden kann, nicht lediglich die Umrisse oder die Kontaktfläche eines Tieres erfasst werden können, sondern auch innere Strukturen innerhalb der Kontaktfläche deutlicher in Erscheinung treten, als dies beim Stand der Technik der Fall ist. Es ergibt sich daher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der besondere Vorteil neben einer Positions- oder auch Bewegungs- oder Konturanalyse von Tieren den internen strukturellen Aufbau des Tierkörpers mit dem erfindungsgemäßen Verfahren untersuchen zu können.Compared with the transmitted light or Auflichtanordnungen commonly known in the art, therefore, the implementation of the method has the significant advantage that in the camera image and here in that image area that can be assigned to an animal due to image processing, not only the contours or the contact surface of a Animal can be detected, but also internal structures within the contact surface appear more clearly than is the case in the prior art. It therefore results with the inventive method of particular advantage in addition to a position or even movement or contour analysis of animals to be able to examine the internal structural structure of the animal body with the inventive method.

Aufgrund dieser Tatsache, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren von der Kamera auch Licht erfasst wird, dass zunächst in das Körperinnere des Tieres auf einer Scheibenoberfläche gestreut wird, erschließt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch die Möglichkeit, das vordere oder das hintere Ende eines Tieres einfacher bestimmen zu können.Due to the fact that with the method according to the invention also light is detected by the camera that is first scattered into the inside of the body of the animal on a disk surface, opens up with the The method according to the invention also makes it possible to more easily determine the front or the rear end of an animal.

So zeigt sich nämlich beispielweise, dass bei einer Vielzahl von Tieren, die am Kopfbereich befindlichen Körperteile, wie zum Beispiel Kauwerkzeuge etc., aufgrund von Absorption in dem von der Kamera erfassten Abbild eines Tieres dunkler als Umgebungsbereiche erscheinen und sich hierdurch die Möglichkeit erschließt, mit einer weitergehenden Bildverarbeitung solche dunkleren Bereiche in einem Körperinneren zu identifizieren und diesen identifizierten Bereichen dem vorderen Bereich des Körpers zuzuordnen.Thus, for example, shows that in a variety of animals, the body parts located at the head, such as chewing tools, etc., due to absorption in the captured by the camera image of an animal appear darker than surrounding areas and thereby opens up the possibility with Further image processing to identify such darker areas in a body interior and assign these identified areas to the front of the body.

Ein weiterer Vorteil erschließt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren auch dadurch, dass nahe beieinander befindliche (z. B. stehende oder liegende) Tiere, insbesondere die sich auch untereinander kontaktieren, im Gegensatz zum bisherigen Stand der Technik aufgelöst werden können als Einzeltiere, da sich die Grenzlinie zwischen den Tieren deutlich als Linie, insbesondere dunkle Linie im Kameraabbild abzeichnet, aufgrund der Tatsache, dass in diesem Bereich entweder keine Kontaktierung von beiden Tieren mit der Scheibenoberfläche stattfindet oder nur eine Kontaktierung mit geringerem Oberflächendruck, so dass an dieser Stelle zwar die Totalreflexion unterbunden ist, aber nicht in dem Maße, wie dies unter der jeweiligen Körpermitte der jeweiligen Tiere der Fall ist.A further advantage of the method according to the invention is also revealed by the fact that animals located close to each other (eg standing or lying), in particular also contacting one another, can be resolved as individual animals, in contrast to the prior art Due to the fact that in this area either no contact of both animals with the disc surface takes place or only a contact with less surface pressure, so that at this point, although the total reflection prevented is, but not to the extent, as is the case under the respective body center of the respective animals.

In einer Weiterbildung des Verfahren kann es auch vorgesehen sein, durch Verabreichung eines Farbstoffmittels und/oder Kontrastmittels an das wenigstens eine Tier, eine Kontrasterhöhung oder Verringerung gegenüber umliegenden Körperbereichen bei einem das Farbstoffmittel beziehungsweise das Kontrastmittel anreichernden Körperbereich oder inneren Organ im Kamerabild zu erfassen, was die Auflösung und Unterscheidbarkeit bestimmter Körperbereiche und/oder innerer Organe des wenigstens einen Tieres verbessert.In one development of the method, it can also be provided to detect in the camera image by administration of a dye agent and / or contrast agent to the at least one animal, an increase in contrast or reduction relative to surrounding body regions in a body region or internal organ enriching the dye agent or the contrast medium improves the resolution and distinctness of certain body areas and / or internal organs of the at least one animal.

So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dem Tier im Futter Licht absorbierende Mittel zuzuführen, so dass das bei einer unterbrochenen Totalreflexion in den Körper des Tieres hineingestreute Licht an dem Mittel absorbiert wird und ein das Mittel aufnehmende Organ, wie beispielsweise Magen oder Darms, dunkel erscheinen gegenüber der Umgebung und so in der Körperstruktur identifiziert werden können.For example, it may be provided to supply light absorbing means to the animal in the feed such that the light scattered into the body of the animal in an interrupted total reflection is absorbed by the agent and a means such as stomach or intestine appears dark to the environment and so in the body structure can be identified.

Auch kann durch eine solche Markierung eines Körperteils oder eines Körperorgans die Unterscheidbarkeit hinsichtlich vorderen Ende oder hinteren Ende eines Tieres, insbesondere bei solchen Tieren, die diesbezüglich ansonsten kaum unterscheidbar sind, wie beispielsweise bei Maden, Larven und Würmern, eine bessere Unterscheidung erzielt werden. Es kann auch durch gezieltes bzw. unterschiedliches Markieren verschiedener Tiere deren Unterscheidbarkeit verbessert werden.Also, such a mark of a body part or a body organ makes it possible to distinguish between the front end and the rear end of an animal, especially those animals which are hardly distinguishable in this respect, such as maggots, larvae and worms. It can also be improved by targeted or different marking different animals their distinctness.

In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es auch vorgesehen sein, dass wenigstens diejenige Oberfläche des lichtleitenden Körpers, bzw. die Scheibenseite der verwendeten Scheibe, die von wenigstens einem Tier kontaktiert wird, mit einer kontaktverbessernden Beschichtung versehen wird. Eine solche kontaktverbessernde Beschichtung kann beispielsweise die Kontaktflächengröße erhöhen und somit zu einem größeren und auch helleren Bild des Tieres im Kamerabild beziehungsweise in dem von der Kamera aufgenommenen Datensatz erzeugen.In a development of the method according to the invention, it can also be provided that at least that surface of the light-guiding body, or the pane side of the used pane, which is contacted by at least one animal, is provided with a contact-improving coating. Such a contact-improving coating can, for example, increase the contact surface size and thus produce a larger and brighter image of the animal in the camera image or in the data record taken by the camera.

Beispielsweise kann als kontaktverbessernde Beschichtung eine Beschichtung mit Agar oder auch ein Wasserfilm verwendet werden. Dieses oder auch andere ähnliche Beschichtungsmittel haben Brechungsindizes, die mit denen des Materials des lichtleitenden Körpers vergleichbar sind, so dass nach Auftrag einer solchen Beschichtung das im Inneren des Körpers propagierende Licht auch in die Beschichtung übertreten kann, jedoch sodann an der Grenzschicht zwischen dem Beschichtungsstoff und der Luft total reflektiert wird. Das Merkmal der Totalreflexion innerhalb eines erfindungsgemäß verwendeten lichtleitenden Körpers bleibt somit auch mit einer solchen Beschichtung erhalten und im Wesentlichen bildet sodann die Gesamtanordnung aus dem lichtleitenden Körper und der Beschichtung einen neuen lichtleitenden Körper im Sinne der Erfindung.For example, a coating with agar or even a water film can be used as the contact-improving coating. This or other similar coating agent have refractive indices which are comparable to those of the material of the light-conducting body, so that after application of such a coating, the light propagating inside the body can also penetrate into the coating, but then at the boundary layer between the coating material and the air is totally reflected. The feature of total reflection within a light-conducting body used according to the invention thus also remains with such a coating, and essentially the overall arrangement of the light-conducting body and the coating then forms a new light-conducting body in the sense of the invention.

Neben der genannten positiven Wirkung einer vergrößerten Kontaktfläche durch eine Beschichtung kann eine solche Beschichtung die Qualität der Messungen bzw. Bildaufnahmen auch dadurch verbessern, dass auch der kritische Winkel der (verhinderten) Reflexion positiv beeinflusst werden kann.In addition to the above-mentioned positive effect of an enlarged contact surface through a coating, such a coating can also improve the quality of the measurements or image recordings in that the critical angle of the (prevented) reflection can also be positively influenced.

Erst durch die Erfindung wird die Beschichtung einer Oberfläche, die eine Beobachtungsarena bildet, problemlos möglich, da im bisherigen Stand der Technik solche Beschichtungen eher zu störenden Reflexen führten.Only by the invention, the coating of a surface that forms a viewing arena, easily possible, since in the prior art, such coatings led rather to disturbing reflections.

Da Kontaktflächen zwischen Tier und Untergrund gemessen werden und de facto kein Hintergrund (Untergrund) in den Bildern existiert, sind darüber hinaus auch sehr kleine Tiere wie C. elegans (1 mm × 65 μm) in einer verhältnismäßig großen Arena (bzw. großem field-of-view) sichtbar.Since contact areas between animal and ground are measured and de facto no background exists in the images, even very small animals such as C. elegans (1 mm × 65 μm) are in a relatively large arena (or large field). of-view).

Da die in den lichtleitenden Körper, insbesondere die Scheibe eingekoppelte Lichtintensität bevorzugt variabel einstellbar sein kann, können über die Lichtintensität auch verschiedene Details eines beobachteten Tieres sichtbar gemacht werden.Since the light intensity coupled into the light-conducting body, in particular the pane, can preferably be variably adjustable, it is possible for the light intensity to be variably adjusted Light intensity also different details of an observed animal can be visualized.

Da bei starker Beleuchtung auch immer mehr Licht nicht total reflektiert wird, z. B. aufgrund von Streuprozessen in einem nicht idealem Material, ist es z. B. möglich, auch Strukturen über der Messoberfläche, d. h. der Oberfläche des lichtleitenden Körpers zu detektieren. Diese erscheinen dunkler je weiter sie von der Oberfläche des lichtleitenden Körpers entfernt sind. Über die Intensität oder den Grauwert eines im Kamerabild erscheinenden Abbildes lässt sich so auch die Entfernung eines Tieres oder eines Tierteils über der Oberflaches eines lichtleitenden Körpers bestimmen.As with strong lighting and more and more light is not totally reflected, z. B. due to scattering processes in a non-ideal material, it is z. B. possible, even structures above the measuring surface, d. H. to detect the surface of the photoconductive body. These appear darker the farther they are from the surface of the photoconductive body. By way of the intensity or the gray value of an image appearing in the camera image, it is thus also possible to determine the distance of an animal or an animal part above the surface of a light-conducting body.

Z. B. kann so auch das Anheben des Kopfes einer Larve festgestellt werden.For example, the raising of the head of a larva can be detected in this way.

Des Weiteren lässt sich durch Variation, d. h. in Abhängigkeit der Lichtintensität des eingekoppelten Lichtes vorgeben, aus welcher Entfernung zur Oberfläche des lichtleitenden Körpers gestreutes Licht von die Oberfläche nicht kontaktierenden Körperbereichen eines Tieres erfasst werden soll, insbesondere dann, wenn das erfasste Licht hinsichtlich des Intensitätswertes diskriminiert wird. So lassen sich z. B. bei geringer Intensität nur die 6 Beine einer Fliege sichtbar machen wohingegen bei höherer Lichtintensität auch der darüber liegende Körper im Kamerabild erfassbar wird, obwohl diese Körperbereiche die Oberfläche nicht direkt kontaktieren.Furthermore, by variation, i. H. depending on the light intensity of the coupled-in light, specify from which distance to the surface of the light-conducting body scattered light from the surface non-contacting body regions of an animal to be detected, in particular when the detected light is discriminated in terms of the intensity value. So can be z. For example, at low intensity, only the 6 legs of a fly make visible, whereas at higher light intensity, the overlying body in the camera image can be detected, although these body areas do not directly contact the surface.

Um diesen Effekt zu verbessern und stärker nutzbar zu machen, kann es auch vorgesehen sein, im optischen Material des lichtleitenden Körpers bewußt Streuzentren, bzw. Streupartikel einzusetzen, wenngleich hierdurch ggfs. mehr Hintergrundlicht erzeugt wird.In order to improve this effect and make it more usable, it may also be provided to deliberately use scattering centers or scattering particles in the optical material of the light-guiding body, although this may produce more background light if necessary.

Grundsätzlich erscheinen die Teile die direkt Kontakt zur Messoberfläche haben heller als nahe darüber liegende Objekte (diese Empfindlichkeit ist über die eingekoppelte Lichtmenge justierbar). Bis zu einem gewissen Grad kann man sogar Tiere die über der Oberfläche schweben und keinen Kontakt haben, im Kamerabild registrieren.Basically, the parts that are in direct contact with the measurement surface appear brighter than nearby objects (this sensitivity is adjustable via the amount of light coupled in). To a certain extent, even animals that hover above the surface and have no contact can register in the camera image.

Außerdem kann die Stärke des ausgeübten Druckes auf die Messoberfläche gemessen werden. Eine solche zum ausgeübten Druck proportionale Information ergibt sich in der Intensität d. h. der Helligkeit und oder der Flächengröße des Tieres oder eines Tierteils im Abbild der Kamera. Drückt z. B. eine Larve zur Nahrungsaufnahme mit dem Kopf auf eine mit Nährstoffen versehene Agar-Platte, erscheint dieser Kopf sowohl heller als auch größer in den aufgezeichneten Messungen. Ein weiteres Beispiel für die messbare Druckintensität stellt z. B. das bei Raupen bekannte peristaltische Bewegungsmuster dar, in dem das Tier den Körper peristaltisch von hinten nach vorne bewegt, wobei nicht der ganze Körper Kontakt zur Messoberfläche hat (Welle von hinten nach vorne...).In addition, the strength of the pressure exerted on the measuring surface can be measured. Such information proportional to the applied pressure results in the intensity d. H. the brightness and / or the area size of the animal or animal part in the image of the camera. Press z. For example, when feeding a head larvae onto a nutrient agar plate, this head appears both lighter and larger in the recorded measurements. Another example of the measurable pressure intensity is z. As in caterpillars known peristaltic movement pattern in which the animal moves the body peristaltically from back to front, where not the whole body has contact with the measuring surface (wave from back to front ...).

In einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren kann es vorgesehen sein, dass sämtliche Elektronik sich unterhalb des wenigstens einen lichtleitenden Körpers befindet. Dies hat den Vorteil einer einfachen und komfortablen Handhabung des Experimentes für den Experimentator, da keinerlei störende Instrumente über der Messoberfläche angeordnet sind. Weiterhin kann auch eine Vielzahl von ergänzenden Apparaturen, wie eine zweite Kamera oder andere Vorrichtungen, von oben oder von der Seite in das Setup integriert werden.In an apparatus for carrying out the method, it may be provided that all electronics are located below the at least one light-conducting body. This has the advantage of a simple and comfortable handling of the experiment for the experimenter, since no disturbing instruments are arranged above the measuring surface. Furthermore, a variety of complementary equipment, such as a second camera or other devices, from above or from the side can be integrated into the setup.

Insbesondere um Verhaltensstudien an Tieren vorzunehmen, kann es vorgesehen sein, dass gegenüber einer der Oberflächen des lichtleitenden Körpers, insbesondere gegenüber der von wenigstens einem Tier kontaktierten Oberfläche, oder auch auf einer Oberfläche des lichtleiten Körpers eine Stimulierungsvorrichtung positioniert wird, mit welcher wenigstens ein Sinn des wenigstens einen Tieres stimuliert wird und die auf die Stimulierung folgende Bewegung des wenigstens einen Tieres mit der wenigstens einen Kamera registriert wird.In particular in order to carry out behavioral studies on animals, provision may be made for a stimulation device to be positioned with respect to one of the surfaces of the light-guiding body, in particular with respect to the surface contacted by at least one animal, or also on a surface of the light-guiding body at least one animal is stimulated and the stimulation following movement of the at least one animal is registered with the at least one camera.

So ist es beispielsweise bekannt, dass Tiere auf bestimmte Stimuli in besonderer Art und Weise reagieren, so dass mit einer solchen Anordnung geprüft werden kann, ob die natürliche Reaktionsfähigkeit bei dem Tier vorhanden ist oder gegebenenfalls nicht vorhanden ist, beispielsweise aufgrund aktiver Abschaltung durch ein Medikament oder eine sonstige Manipulation am Tier. Auch können gerichtete Tierbewegungen durch Stimuli zur besseren Analyse von Verhaltensmustern erzeugt werden. Beispielsweise kann dies durch Barrieren erfolgen die einen taktilen Stimulus bieten. Es besteht daher auch die Möglichkeit mit dem erfindungsgemäßen Verfahren das Wirken bestimmter Wirkstoffe auf einen lebenden Organismus testen zu können, beispielsweise indem untersucht wird, ob ein Tier unter Einfluss eines solchen Wirkstoffes dieselbe oder andere Reaktion auf externe Stimuli zeigt.Thus, it is known, for example, that animals react to certain stimuli in a particular manner, so that it is possible with such an arrangement to check whether the animal's natural reactivity exists or may not be present, for example due to active shutdown by a drug or any other manipulation on the animal. Also, directed animal movements may be generated by stimuli for better behavioral pattern analysis. For example, this can be done through barriers that provide a tactile stimulus. It is therefore also possible with the method according to the invention to be able to test the action of certain active ingredients on a living organism, for example, by investigating whether an animal under the influence of such an active substance shows the same or different reaction to external stimuli.

Erfindungsgemäß kann es vorgesehen sein, dass die Stimulierungsvorrichtung wenigstens einen der folgenden Stimuli auf das wenigstens eine Tier ausübt:According to the invention, it can be provided that the stimulation device exerts at least one of the following stimuli on the at least one animal:

Es kann zum Beispiel ein visueller Stimulus ausgeübt werden, zum Beispiel durch die Projektion von Licht, insbesondere von Licht mit örtlich und/oder zeitlich unterschiedlicher Lichtintensität (z. B. Lichtgradient) beispielsweise, um so zu prüfen, ob sich ein Tier bei einem solchen Stimulus in Richtung zu helleren oder zur dunkleren Bereichen orientiert beziehungsweise dorthin bewegt. Licht kann z. B. als Muster mittels eines Beamers oder anderer geeigneter Leuchtmittel projiziert werden. Bei einer Lichtprojektion oder auch aus anderen Gründen kann es vorteilhaft sein, die Oberfläche des lichtleitenden Körpers, auf welcher sich die Tiere zwecks Messung befinden, zu mattieren.For example, a visual stimulus may be exercised, for example by the projection of light, in particular light with locally and / or temporally different light intensity (eg light gradient), for example, in order to check whether an animal is in such a position Stimulus is directed towards or moved towards lighter or darker areas. Light can z. B. as Pattern can be projected by means of a beamer or other suitable lamps. In a light projection or for other reasons, it may be advantageous to frost the surface of the light-conducting body on which the animals are located for the purpose of measurement.

Es kann auch ein Temperaturstimulus ausgeübt werden durch Anordnung einer beheizten und/oder gekühlten Fläche in einem Abstand gegenüber der Scheibenoberfläche, auf der sich das Tier befindet. Auch hier kann es gegebenenfalls vorgesehen sein, örtlich und/oder zeitlich unterschiedlich beheizte beziehungsweise gekühlte Flächenbereiche einer solchen Fläche zu erzeugen, um örtliche und/oder zeitliche Temperaturgradienten zu generieren, die gegebenenfalls eine Reaktion des Tieres in Richtung zur höheren oder niedrigeren Temperaturen bewirkt.A temperature stimulus may also be exerted by placing a heated and / or cooled surface at a distance from the disc surface on which the animal is located. Again, it may optionally be provided locally and / or temporally differently heated or cooled surface areas of such an area to generate local and / or temporal temperature gradients, which may cause a reaction of the animal towards higher or lower temperatures.

Auch kann ein olfaktorischer Stimulus ausgeübt werden, zum Beispiel durch Anordnung einer Geruchsquelle gegenüber oder auf der Scheibenoberfläche. Eine solche Geruchsquelle kann zum Beispiel durch eine Futterquelle gegeben sein und es kann getestet werden, ob das Tier sich durch die Geruchsquelle angezogen oder abgestoßen fühlt. Die Integration von olfaktorischen oder chemischen Stoffen kann außerdem zur Erzeugung von Barrieren, Korridoren, etc. verwendet werden.Also, an olfactory stimulus may be exercised, for example, by placing an odor source against or on the disc surface. Such an odor source can be given by, for example, a food source and it can be tested whether the animal feels attracted or repelled by the source of the odor. The integration of olfactory or chemical agents can also be used to create barriers, corridors, etc.

Weitere Stimuli können_physikalische Barrieren, Wind, Schrägstellung der Messoberfläche, Elektroschocks, Vibration, Schall, diverse Strahlung etc. darstellen.Other stimuli can be physical barriers, wind, tilt of the measurement surface, electric shock, vibration, sound, various radiation, etc.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, den Schwellwert, der bei einer nachgelagerten Bildverarbeitung verwendet wird, um zu entscheiden, ob ein Bildbereich einem Tier oder dem Hintergrund zugeordnet wird, automatisiert festzulegen.In one development of the invention, it may be provided to automatically set the threshold value used in downstream image processing in order to decide whether an image area is assigned to an animal or to the background.

Für eine solche Durchführung ist es vorteilhaft, wenn die Intensität des in die Scheibe eingekoppelten Lichtes variabel eingestellt werden kann, zum Beispiel durch unterschiedliche Bestromung der Lichtquellen, wie beispielsweise von Leuchtdioden.For such an implementation, it is advantageous if the intensity of the light coupled into the pane can be set variably, for example by different energization of the light sources, such as light-emitting diodes.

Es kann so vorgesehen sein, eine Messreihe aufzunehmen von bevorzugter Weise ein- und demselben Abbild eines Tieres oder eines Testobjektes auf einer Scheibe, wobei bei jeder Aufnahme eine andere Lichtintensität verwendet wird. Anhand einer solchen Aufnahmeserie kann die Entscheidung getroffen werden, welcher Schwellwert der Lichtintensität am besten geeignet ist. Zum Beispiel können im Stand der Technik bekannte Verfahren, zum Beispiel das Verfahren nach Otsu, durchgeführt werden. Hier kann es vorgesehen sein, zu jedem aufgenommenen Bild ein Histogramm der Helligkeitsverteilung, das heißt, der in einem aufgenommenen Bild vorkommenden Helligkeiten zu generieren und diese Histogramme auszuwerten um eine geeigneten Schwellwert zu finden.It may be so provided to take a series of measurements preferably one and the same image of an animal or a test object on a disc, wherein a different light intensity is used with each shot. On the basis of such a series of photographs, the decision can be made, which threshold value of the light intensity is best suited. For example, methods known in the art, for example the Otsu method, may be performed. Here it can be provided for each recorded image a histogram of the brightness distribution, that is, to generate the brightnesses occurring in a recorded image and to evaluate these histograms in order to find a suitable threshold value.

In einer anderen Weiterbildung des Verfahrens kann es auch vorgesehen sein, Licht wenigstens zweier verschiedener Wellenlängen in die Scheibe einzukoppeln. Eine solche Einkopplung kann gleichzeitig oder in einer anderen Ausführung auch zeitlich abwechselnd erfolgen, das heißt, zu einer bestimmten Zeit hat das Licht, das in die Scheibe eingekoppelt wird, eine Wellenlänge λ1 und zu einer anderen Zeit eine Wellenlänge λ2, gegebenenfalls auch noch anderen Wellenlängen zu anderen Zeiten.In another development of the method, it can also be provided to couple light of at least two different wavelengths into the pane. Such a coupling can take place at the same time or alternately in time, that is, at a certain time the light which is coupled into the pane has a wavelength λ1 and at another time a wavelength λ2, possibly also other wavelengths at other times.

So kann eine solche Verwendung von wenigstens zwei verschiedenen Wellenlängen dazu eingesetzt werden, um innere Strukturen des Tierkörpers besser auflösen zu können, insbesondere vor dem Hintergrund, dass unterschiedliche Wellenlängen von Licht auch unterschiedliche Eindringtiefen in Tierkörper beziehungsweise im Allgemeinen in Gewebe aufweisen. Es kann so durch die Auswahl von geeigneten mehreren Wellenlängen bestimmt werden, bis in welche Tiefen von Körperregionen das Licht dieser jeweiligen Wellenlängen vordringen kann.Thus, such a use of at least two different wavelengths can be used to better dissolve inner structures of the animal body, especially against the background that different wavelengths of light also have different penetration depths in animal bodies or in general in tissue. It can thus be determined by the selection of suitable multiple wavelengths, to which depths of body regions the light of these respective wavelengths can penetrate.

Auch kann es vorgesehen sein, unter den wenigstens zwei verschiedenen Wellenlängen wenigstens eine Wellenlänge zu verwenden, die an einem dem Tier verabreichten Farbstoff zu einer Lichtwellenlängenkonversion führt, beispielsweise aufgrund eines Fluorenzeffektes. So ist es grundsätzlich im Stand der Technik bekannt, dass Tiere beziehungsweise Organe oder innere Strukturen des Tieres mit fluoreszierenden Farbstoffen eingefärbt werden können. Bekannt ist hier beispielsweise das sogenannte grün fluoreszierende Protein (GFP). Ein solches Protein kann mit anderen Proteinen Gen-spezifisch fusionieren und so zu einer fuoreszierenden Markierung im Tier führen. Durch die Floreszenz des GFP kann so die räumliche und zeitliche Verteilung des Proteins an welches das GFP angelagert ist in lebenden Zellen, Geweben oder Organismen direkt beobachtet werden.It may also be provided to use at least one wavelength among the at least two different wavelengths, which leads to a light wavelength conversion on a dye administered to the animal, for example due to a fluorine effect. Thus, it is generally known in the art that animals or organs or internal structures of the animal can be colored with fluorescent dyes. For example, the so-called green fluorescent protein (GFP) is known here. Such a protein can gene-specifically fuse with other proteins and thus lead to a fuorescent marker in the animal. As a result of the fluorescence of the GFP, the spatial and temporal distribution of the protein to which the GFP is attached can be directly observed in living cells, tissues or organisms.

Es kann demnach beispielsweise vorgesehen sein, bei einer der wenigstens zwei verschiedenen verwendeten Wellenlängen eine solche Wellenlänge, zum Beispiel im ultravioletten Bereich, zu verwenden, die bei Einwirkung auf einen solchen Farbstoff oder ein solches Protein eine Fluoreszenz auslöst. Es besteht so die Möglichkeit, von einem Tier durch die so hervorgerufene Fluoreszenz bestimmte Körperstrukturen besser und höher aufzulösen oder ein Tier hierdurch zu labeln bzw. zu individualisieren und zu identifizieren und sowohl die Bewegungsbahnen als auch die Genexpression beliebiger Proteine gleichzeitig zu messen. Es besteht so auch die Möglichkeit zu messen welches Protein gerade wie stark exprimiert wird.Accordingly, it may be provided, for example, to use such a wavelength, for example in the ultraviolet range, at one of the at least two different wavelengths used which triggers fluorescence on exposure to such a dye or protein. There is thus the possibility of better and higher resolving certain body structures of an animal by the fluorescence thus produced or of labeling or individualizing and thereby identifying an animal, and of both the trajectories and the gene expression of any proteins to measure at the same time. There is also the possibility to measure which protein is being expressed and how strongly.

In einer anderen Ausführung kann es auch vorgesehen sein, Licht einer ersten Wellenlänge in die Scheibe einzukoppeln, wie dies eingangs allgemein beschrieben wurde, und mit Licht wenigstens einer zweiten Wellenlänge das wenigstens eine Tier auf der Scheibenoberfläche zu beleuchten.In another embodiment, it may also be provided to couple light of a first wavelength into the pane, as generally described above, and with light of at least one second wavelength to illuminate the at least one animal on the pane surface.

Hierbei kann es vorgesehen sein, dass das Licht der wenigstens einen zweiten Wellenlänge, beispielsweise parallel zur Scheibenoberfläche propagiert, um zu verhindern, dass das Licht direkt mit der Scheibe in Wechselwirkung tritt und gegebenenfalls Streu- oder Reflexionseffekte an der Scheibe in Richtung der Kamera hervorruft.In this case, it can be provided that the light propagates at least one second wavelength, for example parallel to the disk surface, in order to prevent the light from interacting directly with the disk and possibly causing scattering or reflection effects on the disk in the direction of the camera.

Bei einer Beleuchtung parallel zur Scheibenoberfläche kann es vorgesehen sein, dass die optische Achse der Beleuchtung verschiedene Richtungen aufweist, beziehungsweise mehrere gleichzeitig betriebene Lichtquellen mit unterschiedlicher Strahlungsrichtung zur Erzeugung der wenigstens einen zweiten Lichtwellenlänge eingesetzt werden, um Abschattungseffekte an mehreren Tieren untereinander zu vermeiden.In a lighting parallel to the disk surface, it may be provided that the optical axis of the illumination has different directions, or several simultaneously operated light sources are used with different radiation direction for generating the at least one second wavelength of light to avoid shading effects on several animals with each other.

Insbesondere dann, wenn Laserlicht zur Erzeugung der wenigstens einen zweiten Lichtwellenlänge eingesetzt wird, kann es vorgesehen sein, aus dem Laserlicht einen Laserlichtfächer durch die Divergenz des Laserlichtes in einer Ebene parallel zur Scheibenoberfläche zu erzeugen, zum Beispiel durch eine Zylinderlinse.In particular, when laser light is used to generate the at least one second wavelength of light, it may be provided to generate from the laser light a laser light fan by the divergence of the laser light in a plane parallel to the disk surface, for example by a cylindrical lens.

Es kann auch vorgesehen sein, ein Tier punktuell mit einem Lichtspot, z. B. einem Laserstrahl zu beleuchten. Ein solcher zur Belechtung vorgesehener spotartiger Lichtstrahl kann auch der Bewegung eines Tieres automatisiert nachgeführt werden, Z. B. durch Erfassung der Bewegung mit der Kamera nach dem beschriebenen Verfahren und Ermittlung von Steuerungsdaten aus den Kamerabildern zur Bewegung der Lichtquelle.It can also be provided, an animal punctually with a light spot, z. B. to illuminate a laser beam. Such a spot-like light beam intended for illumination can also automatically track the movement of an animal, for example by detecting the movement with the camera according to the method described and determining control data from the camera images for moving the light source.

Auch bei dieser hier genannten Ausführung, bei welcher eine der Wellenlängen innerhalb der Scheibe propagiert und wenigstens eine zweite, weitere Wellenlänge zur Tierbeleuchtung verwendet wird, kann es vorgesehen sein, ebenso wie bei der zuvor genannten Ausführung, bei welcher beide Lichtwellenlängen in die Scheibe eingekoppelt werden, die Beleuchtung mit beiden Lichtwellenlängen entweder zeitgleich vorzunehmen, oder aber die Beleuchtung zeitlich aufeinanderfolgend, das heißt, abwechselnd mit jeweils immer nur einer der mehreren Lichtwellenlängen vorzunehmen.Also in this embodiment mentioned here, in which one of the wavelengths within the pane propagates and at least one second, further wavelength is used for animal lighting, it can be provided, as in the aforementioned embodiment, in which both wavelengths of light are coupled into the pane to make the illumination with two wavelengths of light either at the same time, or the illumination sequentially in time, that is, to take place alternately with only one of the multiple wavelengths of light.

Bei beiden der zuvor genannten Ausführungsformen kann es demnach vorgesehen sein, entweder mit einer Kamera gleichzeitig Bilder zu den verschiedenen Wellenlängen zu erfassen, insbesondere dann, wenn diese verschiedenen Wellenlängen auch gleichzeitig zur Beleuchtung verwendet werden oder eine Kamera auf den Wellenlängenwechsel zu synchronisieren, das heißt nacheinander Bilder zu der einen oder zu der wenigstens einen anderen Wellenlänge aufzunehmen. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, für jede Wellenlänge, die zur Beleuchtung verwendet wird, sei es innerhalb oder auch außerhalb eine Scheibe, jeweils eine eigene Kamera zu verwenden, so dass hierdurch die Möglichkeit gegeben ist, zeitgleich zwei oder mehrere unabhängige Bilder von derselben Bildsituation zu erfassen.In both of the aforementioned embodiments, it may therefore be provided to capture images of the different wavelengths simultaneously with one camera, in particular if these different wavelengths are also used simultaneously for illumination or to synchronize a camera to the wavelength change, that is one after the other Take pictures at one or the other wavelengths. Alternatively, it can also be provided for each wavelength that is used for illumination, be it inside or outside a disc, each to use its own camera, so that this gives the possibility, at the same time two or more independent images of the same image situation capture.

Besonders bei den hier beschriebenen Ausführungsformen mit wenigstens zwei verschiedenen Wellenlängen kann, wie zuvor beschrieben, eine der Wellenlängen derart ausgebildet sein, dass sie eine Fluoreszenz in einem entsprechend geeigneten Farbstoff hervorruft, der dem Tier auf die ein oder andere Weise verabreicht sein kann, zum Beispiel durch Implantation, gentechnische Veränderung oder auch Verfütterung des Fluoreszenz-Farbstoffes. Bevorzugt wird bei der Ausführung mit der wenigstens einen zweiten scheibenexternen Wellenlänge diese Wellenlänge zur Fluoreszenzanregung verwendet.In particular, in the embodiments described herein having at least two different wavelengths, as previously described, one of the wavelengths may be configured to produce fluorescence in a suitably suitable dye which may be administered to the animal in one way or another, for example by implantation, genetic modification or feeding of the fluorescent dye. In the embodiment with the at least one second out-of-slice wavelength, this wavelength is preferably used for fluorescence excitation.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch besonders bevorzugt anwendbar bei der Beobachtung von flugfähigen und insbesondere bei der Beobachtung auch tatsächlich fliegenden Tieren. So kann es hier vorgesehen sein, eine Beobachtungsarena durch ein Volumen zu bilden, in welchem die zu beobachtenden Tiere sich bewegen können und hierbei mit Kameras beobachtet werden. Erfindungsgemäß kann das Volumen durch wenigstens zwei lichtleitende Körper zumindest teilweise begrenzt sein wobei an wenigstens einem der lichtleitenden Körper das eingangs beschriebene Verfahren durchgeführt werden kann, das heißt zumindest das Einkoppeln von Licht und die Erzeugung von unterbrochener Totalreflexion durch Kontaktierung zwischen Tier und Körperoberfläche, gegebenenfalls jedoch auch noch die weiteren eingangs beschriebenen Ausführungen.The method according to the invention is also particularly preferably applicable in the observation of flyable and in particular in the observation actually flying animals. Thus, it may be provided here to form an observation arena by a volume in which the animals to be observed can move and are observed with cameras. According to the invention, the volume can be at least partially limited by at least two light-guiding bodies, wherein the method described at least can be carried out on at least one of the light-conducting bodies, that is to say at least the coupling of light and the generation of interrupted total reflection by contacting between animal and body surface, if appropriate also the other embodiments described above.

Das Beobachtungsvolumen kann in einer Weiterbildung auch vollständig abgeschlossen sein und hierbei durch mehrere lichtleitenden Körper umgrenzt werden, so dass die Tiere das Volumen nicht verlassen können. Auch bei dieser Weiterbildung kann an wenigstens einem der lichtleitenden Körper, bevorzugt an mehreren, weiter bevorzugt an allen Körpern das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden.The observation volume can also be completely completed in a development and in this case bounded by a plurality of light-conducting bodies, so that the animals can not leave the volume. In this refinement, too, the method according to the invention can be applied to at least one of the light-conducting bodies, preferably to a plurality of, more preferably to all bodies.

Die Beobachtung von mehreren flugfähigen Tieren in einem Volumen kann mit wenigstens zwei Kameras durchgeführt werden, wobei es im Stand der Technik als Problem diesbezüglich bekannt ist, bei den fliegenden Tieren zwischen den von den wenigstens zwei Kameras erfassten Bildern eine Zuordnung der jeweiligen Tierabbildung zu einem bestimmten individuellen Tier durchzuführen. Das heißt, es wird mit den wenigstens zwei Kameras die Bewegung wenigstens eines fliegenden Tieres im Raum aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln gleichzeitig erfasst. Dafür ist es wichtig, identifiziert zu haben, welches Abbild innerhalb des jeweiligen Kamerabildes von den wenigstens zwei Kameras einem bestimmten Tierindividuum zuzuordnen ist. Nur dann ist eine Verhaltensanalyse eines Individuums möglich.The observation of several airworthy animals in one volume may involve at least two Cameras are performed, wherein it is known in the art as a problem in this regard to perform an assignment of the respective animal image to a particular individual animal in the flying animals between the captured by the at least two cameras images. That is, the movement of at least one flying animal in space from different viewing angles is detected simultaneously with the at least two cameras. For this it is important to have identified which image within the respective camera image of the at least two cameras can be assigned to a specific animal individual. Only then is a behavioral analysis of an individual possible.

Hier erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren als besonders vorteilhaft, da mit diesem Verfahren festgestellt werden kann, wenn sich ein Tier auf einer Oberfläche eines lichtleitenden Körpers, insbesondere einer Scheibe abgesetzt hat, somit nicht mehr zu den fliegenden Tierindividuen zählt und demnach auch zwischen den einzelnen verschiedenen Kameras nicht mehr innerhalb der jeweiligen Bilder eine Zuordnung bezüglich dieses Tieres in dem vorbeschriebenen Sinne erfolgen muss. Da das Tier nicht am Flug teilnimmt, kann somit dieses Tier für die vorbeschriebene Zuordnung vernachlässigt werden.Here, the inventive method proves to be particularly advantageous because it can be determined with this method, when an animal has settled on a surface of a light-conducting body, in particular a disc, thus no longer belongs to the flying animal individuals and therefore also between the different Cameras no longer must be within the respective images an association with respect to this animal in the sense described above. Since the animal does not participate in the flight, thus this animal can be neglected for the above-mentioned assignment.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich hierfür in besonderem Maße, da erst dann, wenn sich ein Tier auf einer Scheibe niedersetzt und somit ein Kontakt zwischen Tier und Scheibe erzeugt, die Totalreflexion der jeweiligen Scheibe unterbrochen ist und in einem Kamerabild, welches die Scheibe und gegebenenfalls die Beobachtungsarena erfasst, dass von dem Tier in einer Kontaktposition gestreute Licht erfasst wird und somit ein sitzendes Tier auf der Scheibe identifiziert werden kann. Die Unterscheidbarkeit kann noch weiter erhöht werden durch gezieltes, insbesondere unterschiedliches Kontrastieren/Markieren der Tiere.The inventive method is particularly suitable for this purpose, since only when an animal sits down on a disc and thus produces contact between animal and disc, the total reflection of the respective disc is interrupted and in a camera image, which the disc and possibly the Observation arena detects that light scattered by the animal in a contact position is detected and thus a sitting animal can be identified on the disc. The distinctiveness can be further increased by targeted, in particular different contrasting / marking of the animals.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Nachfolgenden beschrieben. Es zeigen:Embodiments of the invention will be described below. Show it:

1: eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens 1 : an apparatus for carrying out the method according to the invention

die 2: verschiedene Beobachtungssituationenthe 2 : different observation situations

3: eine Vorrichtung zur Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform 3 a device for carrying out a preferred embodiment

4: eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zwecks Bestimmung von sitzenden flugfähigen Tieren, die in einem abgeschlossenen Beobachtungsvolumen erfasst werden. 4 a device for carrying out the method for the purpose of determining sitting, flighty animals, which are detected in a closed observation volume.

Die 1 zeigt einen grundsätzlichen Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Abgebildet ist hier eine Scheibe 1 aus einem lichtleitenden, insbesondere transparenten Material, in welche über die Kanten 1a, das heißt, über die relativ kleinen Kantenflächen der Scheibe 1, Licht eingekoppelt wird mit Hilfe von Leuchtmitteln 2, die zum Beispiel durch Leuchtdioden realisiert sein können, insbesondere solche, die im infraroten Wellenlängenbereich arbeiten. Das von den Leuchtdioden ausgestrahlte Licht 3 propagiert aufgrund von Totalreflexion nur innerhalb der Scheibe 1, kann also die Scheibe 1 nicht verlassen.The 1 shows a basic structure of an apparatus for performing the method according to the invention. Shown here is a disc 1 from a light-conducting, in particular transparent material, in which over the edges 1a That is, over the relatively small edge surfaces of the disk 1 , Light is coupled with the help of bulbs 2 which can be realized for example by light-emitting diodes, in particular those which operate in the infrared wavelength range. The light emitted by the LEDs 3 propagates due to total reflection only within the disk 1 so can the disc 1 do not leave.

Bei der hier dargestellten Abbildung bewegt sich auf der Scheibe 1 als beispielhaftes Tier eine Made 4, zum Beispiel eine Fliegenmade (Drosophila Larve) und erzeugt aufgrund der Kontaktierung zwischen Tierkörper 4 und Scheibe 1 eine an diesem Kontaktbereich unterbrochene Totalreflexion, die dazu führt, dass eine Streuung von Licht 5 in Richtung zu einer Kamera 6 stattfindet, die einen Erfassungsbereich 7 aufweist, der derart gewählt ist, dass bevorzugter Weise die gesamte Scheibenoberfläche oder zumindest ein interessierender Teilbereich hieraus erfasst werden kann. Die optische Achse der Kamera kann parallel zur Scheibennormalen liegen.In the picture shown here moves on the disc 1 as an exemplary animal a maggot 4 , for example, a fly-maw (Drosophila larva) and produced due to the contact between carcasses 4 and disc 1 an interrupted at this contact area total reflection, which leads to a scattering of light 5 towards a camera 6 takes place, which is a detection area 7 which is selected such that preferably the entire wafer surface or at least one region of interest can be detected therefrom. The optical axis of the camera can be parallel to the disc normal.

Die 2 zeigen unterschiedliche Beobachtungsergebnisse, die die Vorteile, die mit der Erfindung einhergehen, verdeutlichen. So ist beispielsweise 2A zu entnehmen, dass ein Körpervorderteil 4a einer Larve 4 im Abbild der Larve, welches von der Kamera erfasst wird, aufgrund von Lichtabsorption dunkler erscheint. Hier wird demnach dasjenige Licht absorbiert, was aufgrund der unterbrochenen Totalreflexion zunächst in den Larvenkörper eindringt und sodann im Körperfrontbereich absorbiert beziehungsweise schlechter reflektiert wird. Dieser Effekt geht hier einher mit der Existenz von Kauwerkzeugen im Körperfrontbereich, so dass in Kenntnis dieses Umstandes im Abbild, wie es die 2A zeigt, der Körperfrontbereich gegenüber einem rückwärtigen Bereich identifiziert werden kann.The 2 show different observation results, which illustrate the advantages associated with the invention. Such is for example 2A to infer that a body front piece 4a a larva 4 in the image of the larva, which is captured by the camera, appears darker due to light absorption. Here, therefore, that light is absorbed, which first penetrates into the larval body due to the interrupted total reflection and then absorbed in the body front area or is reflected less well. This effect is associated here with the existence of chewing tools in the body front area, so that in knowledge of this circumstance in the image, as the 2A shows that the body front area can be identified with respect to a rear area.

Die 2B zeigt eine Ausführung, bei welcher einer Larve 4 als beispielhaftes Tier ein Farbstoffmittel oder ein Kontrastmittel als Nahrung verabreicht wurde, so dass dieses Mittel im Magen beziehungsweise Darmbereich 4b angelagert wurde und diesen Körperbereich kontrastierend im Abbild herausstellt, weil hier eine stärkere Lichtabsorption des in den Körper eingestreuten Lichtes bei der unterbrochenen Totalreflexion stattfindet. Es besteht demnach die Möglichkeit durch Anlagerung oder Einlagerung solcher Farbstoffe oder Kontrastmittel in bestimmte Körperbereiche solche Körperbereiche in den Bildern explizit herauszustellen und somit zu beobachten.The 2 B shows an embodiment in which a larva 4 as an exemplary animal, a dye agent or a contrast agent has been administered as food, so that this agent in the stomach or intestinal area 4b was deposited and this body area shows contrasting in the image, because there is a stronger absorption of light scattered in the body light at the interrupted total reflection. It is therefore possible by attaching or incorporation of such dyes or contrast agents in certain areas of the body explicitly highlight such body areas in the images and thus to observe.

Die 2C zeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch die Möglichkeit besteht, auf einfache Art und Weise bestimmte Individuen 4 beziehungsweise 4' aus einer Menge von mehreren Tieren zu identifizieren. Beispielsweise kann dies erfolgen, wie zu 2B beschrieben, durch Einlagerung eines Farbstoffes, wobei im vorliegenden Fall ein Farbstoff verwendet wurde, der zu einer Fluoreszenz führt, wenn das Tier zusätzlich mit einer zweiten Lichtwellenlänge beleuchtet wird, oder aber bereits für die in die Scheibe eingekoppelte Lichtwellenlänge eine solche verwendet wird, die zur Fluoreszenz führt, wenn das Licht mit einem solchen Farbstoff interagiert. The 2C shows that with the method according to the invention also the possibility exists, in a simple way certain individuals 4 respectively 4 ' to identify from a crowd of several animals. For example, this can be done as to 2 B described by incorporation of a dye, in the present case, a dye was used, which leads to a fluorescence, when the animal is additionally illuminated with a second wavelength of light, or is already used for the wavelength coupled to the light wavelength, such as the Fluorescence results when the light interacts with such a dye.

Dargestellt ist hier, dass der Farbstoff im Magen-Darm-Bereich eingelagert ist und eine aktive Leuchterscheinung, insbesondere andersfarbiger Art als die Umgebung des Tieres hervorruft, was erreicht werden kann, wenn eine wenigstens zweifarbige Beleuchtung des Tieres, wie im allgemeinen Teil beschrieben, vorgenommen wird.It is shown here that the dye is incorporated in the gastrointestinal area and produces an active luminous appearance, in particular different color nature as the environment of the animal, which can be achieved when at least two-tone illumination of the animal, as described in the general part made becomes.

2D zeigt zwei nahe beieinander liegende Larven 4, die sich kontaktieren. Eine Kontaktlinie 4c zeichnet sich hier im Abbild ab, da die Tieren in diesem linienartigen Bereich die Oberfläche der Scheibe 1 gar nicht oder zumindest mit weniger Druck berühren, als die übrigen Körperbereiche. Die Tiere 4 können also voneinander durch Erkennen dieser Linie, insbesondere die in einem bestimmten Helligkeitsbereich gegenüber der Umgebung liegt, diskriminiert werden. 2D shows two closely spaced larvae 4 who contact each other. A contact line 4c is here in the image from, since the animals in this line-like area, the surface of the disc 1 do not touch or at least with less pressure than the rest of the body. The animals 4 Thus, they can be discriminated from each other by recognizing this line, in particular that in a certain range of brightness with respect to the environment.

Die 3 zeigt eine Anordnung, mit der die gleichzeitige oder auch die zeitlich aufeinanderfolgende Beleuchtung des Tieres 4, zum einen aufgrund unterbrochener Totalreflexion und zum anderen aufgrund direkter Beleuchtung mit einer zweiten Wellenlänge erfolgen kann. Im Wesentlichen entspricht diese Vorrichtung derjenigen, wie sie zu 1 beschrieben wurde, wobei nun in einer zur Scheibenoberfläche 1b parallelen Ebene eine Beleuchtungsvorrichtung aus mehreren Lichtquellen 2' vorgesehen ist, die mit einer von den Lichtquellen 2 unterschiedlicher Wellenlänge leuchten.The 3 shows an arrangement with which the simultaneous or the temporally successive illumination of the animal 4 , on the one hand due to interrupted total reflection and on the other hand can be done due to direct illumination with a second wavelength. In essence, this device is the same as the one to 1 has been described, now in one of the disk surface 1b parallel plane, a lighting device of a plurality of light sources 2 ' is provided with one of the light sources 2 different wavelengths shine.

So kann zum Beispiel eine Wellenlänge, insbesondere im Ultraviolett-Bereich für die Lichtquellen 2' gewählt sein, die zu einer Fluoreszenzanregung eines Fluoreszenzfarbstoffes führt, der sich einem beobachteten Tier, wie hier zum Beispiel einer Larve 4, befindet. In einem Kontaktbereich zwischen Larve 4 und Scheibenoberfläche 1b wird zum einen die Totalreflexion des Lichtes der Wellenlänge λ1 unterbrochen, was dazu führt, dass an der Kontaktposition mit der Kamera 6 das Tier im Kameraabbild festgestellt und erfasst werden kann. An gleicher Position zeigt sich auch das durch die zweite Beleuchtungsvorrichtung aus den gegebenenfalls mehreren Lichtquellen 2' hervorgerufene, von der Beleuchtungswellenlänge λ2 abweichende Fluoreszenzlicht λ3 zusätzlich zu dem Licht λ1, welches die Abbildung des Tieres in den äußeren Umfängen und Konturen darstellt.For example, a wavelength, especially in the ultraviolet range for the light sources 2 ' be chosen, which leads to a fluorescence excitation of a fluorescent dye, which is an observed animal, such as here, for example, a larva 4 , is located. In a contact area between larva 4 and disk surface 1b On the one hand, the total reflection of the light of the wavelength λ1 is interrupted, which results in the contact position with the camera 6 the animal can be detected and captured in the camera image. At the same position, this is also reflected by the second illumination device from the possibly multiple light sources 2 ' caused by the illumination wavelength λ2 differs fluorescent light λ3 in addition to the light λ1, which represents the image of the animal in the outer circumferences and contours.

In der Darstellung der 3 ist hier zur Aufnahme von Bildern lediglich eine einzige Kamera 6 vorgesehen, die entweder eingerichtet sein kann, die Lichtwellenlänge λ1 und λ3, das heißt die Fluoreszenzlichtwellenlänge, gleichzeitig zu erfassen oder aber die Kamera wird in einem Shutter-Betrieb betrieben, was bedeutet, dass nacheinander, das heißt, in zeitlicher Folge, Bilder der einen oder der anderen Wellenlänge erfasst werden. Die Bilder zu den jeweiligen Wellenlängen können sodann in einer nachfolgenden Bildverarbeitung ausgewertet werden. Es könnten auch zwei bzgl. λ1 und λ3 wellenlängenselektiv arbeitende Kameras verwendet werden.In the presentation of the 3 Here is just a single camera for taking pictures 6 provided, which may be either set up to simultaneously detect the light wavelength λ1 and λ3, that is, the fluorescence light wavelength or the camera is operated in a shutter mode, which means that successively, that is, in chronological order, images of one or the other wavelength. The images for the respective wavelengths can then be evaluated in a subsequent image processing. It would also be possible to use two cameras operating λ1 and λ3 wavelength-selective.

Die 4 zeigt in symbolischer Darstellung eine Anordnung, bei der eine Beobachtungsarena 7 durch ein allseitig umgrenztes Volumen gebildet wird. In dieser Ausführung ist das Volumen zu allen Seiten hin abgeschlossen durch jeweilige Scheiben 1, die das Volumen umgrenzen. Dies ist nicht zwingend nötig, das Volumen kann auch offen sein. In der hier gewählten Schnittdarstellung sind von den insgesamt 6 Scheiben bei einer quaderförmigen Volumenstruktur lediglich vier zu erkennen. Selbstverständlich ist das Volumen nicht auf die Quaderform beschränkt, sondern kann je nach Geometrie auch anders ausfallen und durch eine gegebenenfalls andere Anzahl von Scheiben und andere geometrische Anordnung der Scheiben umgrenzt sein.The 4 shows in symbolic representation an arrangement in which a viewing arena 7 is formed by a volume bounded on all sides. In this embodiment, the volume is closed on all sides by respective discs 1 that circumscribe the volume. This is not absolutely necessary, the volume can also be open. In the sectional view selected here, only four can be seen from the total of 6 panes in the case of a cuboid-shaped volume structure. Of course, the volume is not limited to the cuboid shape, but may also be different depending on the geometry and be bounded by an optionally different number of slices and other geometric arrangement of the discs.

Wesentlich ist es hier festzuhalten, dass in dieser Ausführung bezüglich jeder der Scheiben 1 das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, das heißt, es wird Licht durch hier nicht gezeigte Lichtquellen in die Scheiben eingekoppelt und mit mehreren Kameras, von den gegebenenfalls jeweils eine einer Scheibe zugeordnet ist, beobachtet, ob durch unterbrochene Totalreflexion erzeugtes Streulicht in den Bildern erfasst wird.It is essential to state here that in this design concerning each of disks 1 the method according to the invention is carried out, that is to say that light is coupled into the panes by light sources (not shown here) and whether a scattered light produced by interrupted total reflection is detected in the images by a plurality of cameras, one of which is optionally assigned to each pane.

In dem inneren Volumen befinden sich mehrere flugfähige Tiere 8, zum Beispiel Fliegen, die entsprechend ihrer Fähigkeit entweder fliegen oder im Augenblick der Betrachtung mit den Kameras 6 an einer Scheibe 1 sitzen.In the inner volume are several airworthy animals 8th For example, flies that either fly according to their ability or with the cameras at the moment of viewing 6 on a disc 1 to sit.

Es kann somit mit den erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass festgestellt wird, wie viele und insbesondere welche Individuen der jeweiligen Fliegen 8 gerade aktuell auf Scheiben sitzen, was sich dadurch ermitteln lässt, da jedes sitzende Individuum aufgrund von der unterbrochenen Totalreflexion einen Beitrag im Bild der jeweils die Scheibe beobachtenden Kamera hervorruft. Bei der Beobachtung von Flugbewegungen von fliegenden Tieren, wie hier beispielsweise Fliegen, können demnach diejenigen Tiere ausgesondert werden, die aktuell auf einer Scheibe sitzen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die mehreren Tiere in ihrer Flugbewegung gleichzeitig mit mehreren Kameras beobachtet werden und so die Notwendigkeit besteht, bei den einzelnen Bildern unterschiedlicher Kameras jeweils festzustellen, zu welchem individuellen Tier ein Tierabbild im Kamerabild gehört.It can thus be provided with the method according to the invention that it is determined how many and in particular which individuals of the respective flies 8th currently sitting on discs, which can be determined by this, because each seated individual due to the broken total reflection makes a contribution in the image of the respective camera observing the disc. When observing flight movements of flying animals, such as, for example, flies, it is therefore possible to discard those animals that are currently sitting on a disc. This is particularly advantageous when the several animals are observed in their flight movement simultaneously with multiple cameras and so there is a need to determine the individual images of different cameras each to which individual animal an animal image in the camera image belongs.

Ersichtlich ist es so, dass die sitzenden Tiere beziehungsweise die Abbilder solcher sitzender Tiere einer solchen Zuordnung nicht bedürfen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren reduziert sich daher der Rechenaufwand für eine solche Zuordnung erheblich.It is evident that the sitting animals or the images of such sedentary animals do not require such an assignment. With the method according to the invention, therefore, the computational outlay for such an assignment is considerably reduced.

Claims

Method for detecting at least one animal, in particular the position and / or the movement of at least one animal, within an observation arena, in particular an insect or an insect larva, in which images of the at least one animal with at least one camera are captured, in particular the images with a are processed downstream image processing, characterized in that the observation arena at least partially by at least one light-conducting body ( 1 ), in particular by at least one disc ( 1 ) and light ( 3 ) in the light-conducting body ( 1 ), in particular via at least one of the edge surfaces of the at least one body ( 1 ), and in the body ( 1 ) is propagated between opposing surfaces due to total reflection, whereby upon contact of one of the two opposing surfaces by at least one animal ( 4 ) the total reflection is interrupted at the contact position and that due to the interrupted total reflection at the contact position and / or in the animal ( 4 ) scattered light ( 5 ) with the at least one camera ( 6 ) is detected.

Method according to claim 1, characterized in that the at least one camera ( 6 ), which reflects the light scattered due to an interrupted total reflection ( 5 ), is operated with a bandpass wavelength filter, in the passband of which the wavelength of the light-conducting body ( 1 ) coupled-in light ( 3 ), in particular a wavelength outside the wavelength range visible to humans, in particular in the infrared range.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that by administration of a dyeing agent and / or contrast agent to the at least one animal ( 4 ) an inner body region ( 4a ) and / or internal organ ( 4a ) of the at least one animal ( 4 ) with an increase / decrease in contrast to surrounding areas of the body with the at least one camera ( 6 ) is detected by detecting the total total reflection in the body of the at least one animal ( 4 ) first into and on the centered body region ( 4a ) and / or organ ( 4a ) again scattered light.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least the surface of the light-conducting body ( 1 ) of at least one animal ( 4 ), is provided with a contact-improving coating, in particular by coating with agar.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that with respect to one of the surfaces, in particular to that of the at least one animal ( 4 ) contacted surface or on a surface of the light-conducting body ( 1 ) a stimulation device is positioned with which at least one sense of the at least one animal ( 4 ) and the reaction following the stimulation, in particular movement of the at least one animal ( 4 ) with the at least one camera ( 6 ) is registered.

A method according to claim 5, characterized in that at least one of the following stimuli is applied to the at least one animal by the stimulation device: a. A visual stimulus, in particular by projection of light onto the surface of the light-conducting body, in particular with locally different light intensity b. A temperature stimulus, in particular by arranging a heated / cooled, in particular spatially differently heated / cooled surface with respect to the surface of the light-conducting body c. An olfactory stimulus, in particular by arranging an odor source against or on the surface of the light-conducting body d. An acoustic stimulus, in particular by arranging a sound source opposite or on the surface of the light-conducting body e. A tactile / haptic stimulus, in particular by placing a barrier and / or by generating vibrations against or on the surface of the light-conducting body

Method according to one of the preceding claims, characterized in that light of at least two different wavelengths in the light-conducting body ( 1 ) is coupled, in particular alternately in time.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that light of a first wavelength in the light-conducting body ( 1 ) coupled with light of at least a second wavelength, in particular with laser light, which is parallel to the surface of the light-conducting body ( 1 ) propagated or punctually on an animal ( 4 ) or how the first wavelength is additionally coupled into the light-conducting body, the at least one animal ( 4 ) is illuminated on the surface, in particular wherein the illumination with the at least two different wavelengths takes place at the same time or alternately in time.

Method according to claim 7 or 8, characterized in that with a camera ( 6 ) one after the other captures images of the different wavelengths, in particular in synchronism with the wavelength change or with a number of different cameras matching the number of wavelengths ( 6 ), in particular at the same time images are acquired in each case one of the wavelengths.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an observation arena is formed through an observation volume (by at least two light-conducting body 1 ), in particular slices ( 1 ) and at least one of the bodies ( 1 ) a method according to one of the preceding claims is performed.

A method according to claim 10, characterized in that the observation volume on all sides by light-conducting body ( 1 ), in particular slices ( 1 ) is delimited.

Method according to one of the preceding claims 10 or 11, characterized in that the flight movements of flight-capable animals ( 8th ) in the observation volume ( 7 ) by at least two cameras ( 6 ) and the images of the animals in images of different cameras ( 6 ), one individual animal each ( 8th ), where animals ( 8th ) with contact to the at least one light-conducting body ( 1 ) are detected and / or identified by the interrupted total reflection produced thereby and from the assignment of the images of flying animals ( 8th ) are hidden.

Apparatus for detecting at least one animal within an observation arena, comprising an observation arena and at least one camera, with which images of at least one animal in the observation arena are detectable, characterized in that the observation arena is at least partially covered by at least one light-conducting body ( 1 ), in particular by at least one disc ( 1 ) is formed by at least one light source ( 2 ) Light ( 3 ) in the light-conducting body ( 1 ) can be coupled, in particular via at least one of the edge surfaces of the at least one body ( 1 ) and in the body ( 1 ) coupled light ( 3 ) is propagated between opposing surfaces due to total reflection, whereby upon contact of one of the two opposing surfaces by at least one animal ( 4 ) the total reflection at the contact position can be interrupted and the device is set up which, due to the interrupted total reflection at the contact position and / or in the animal ( 4 ) scattered light with the at least one camera ( 6 ) capture.

Use of a device according to claim 13 for the examination of animals ( 4 ), in particular when carrying out experiments on the behavior of animals ( 4 ).