D61 3D-Multipartikel-Tracking

Thema

Dieses dreidimensionale Mehrpartikel-Tracking rekonstruiert im Allgemeinen die endgültige Flugbahn jedes einzelnen Individuums innerhalb eines Schwarms dieser Insekten, basierend auf einem anderen Modell dieser Gruppe, und zwar gleichzeitig. Dadurch lässt sich eine Statistik des kollektiven Verhaltens gewinnen, die durch das isolierte Tracking einzelner Insekten nicht zu erhalten wäre.

Die technische Herausforderung dieses Trackings ist zweifach: Zum einen die endgültige dreidimensionale Rekonstruktion jedes Partikels aus seinen überlagerten zweidimensionalen Bildern; zum anderen die korrekte Zuordnung zwischen den einzelnen Bildern, welche Detektion welchem ​​Individuum im Schwarm entspricht.

Der ungarische Algorithmus minimiert diese optimale Zuordnung hingegen anhand der Gesamtkosten dieser Zuordnung zwischen Detektionen und Individuen, typischerweise der endgültigen Distanz zwischen den vorhergesagten und beobachteten Positionen jedes Individuums. Da dieser Insektenschwarm noch dichter ist, wird die endgültige Überlappung zwischen den Individuen innerhalb des Schwarms noch schwieriger zu unterscheiden, weshalb mehrere zusätzliche Kameras erforderlich sind.

Dieser Interaktionsradius des Schwarms ist ein Schlüsselparameter im gesamten Tracking-Prozess: Ein zu kleiner Radius führt zu wenigen erfassten Nachbarn und somit zu einer geringen statistischen Aussagekraft über den gesamten Schwarm. Ein zu großer Radius hingegen schließt Individuen ein, die innerhalb des Schwarms praktisch nicht miteinander interagieren. Je präziser dieser Interaktionsradius auf seinen optimalen Wert eingestellt wird, desto repräsentativer werden die finalen Statistiken zum kollektiven Verhalten des Schwarms.

Die lokale Dichte des Schwarms variiert jedoch innerhalb des Schwarms selbst, mit einer deutlich höheren Dichte im Zentrum und einer deutlich geringeren Dichte am Rand.

Daher führt dieses Modell, bei dem die Trajektorie jedes Individuums im Schwarm gleichzeitig mit der Ausgangstrajektorie rekonstruiert wird, dazu, dass sich diese dreidimensionale Unsicherheit bezüglich jeder Trajektorie sowohl aus dem finalen zweidimensionalen Lokalisierungsfehler jedes Partikels als auch aus der finalen Geometrie des gesamten Kamerasystems ausbreitet. Die Tatsache, dass dieses Mehrpartikel-Tracking-Kamerasystem die zweidimensionale Lokalisierung jedes einzelnen Partikels weiter verbessert, bedeutet, dass folglich auch die letzte dreidimensionale Unsicherheit bezüglich der einzelnen Schwarmbahn noch geringer ist.

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