研究團隊基於日間天空偏振發展仿生地理定位方法
背景
地理定位一直是人類導航的重要手段。從過去的磁羅盤和六分儀到現在的全球導航衛星系統（GNSS），這些系統雖然便利，但也容易受到干擾和欺騙。磁羅盤受磁場干擾，天文導航僅能在夜晚沒有光害的晴朗夜空中使用。
動物的天空偏振定位
一個法國研究團隊開始尋找生物界中的地理定位方法的例子。他們觀察到一些候鳥物種在白天透過分析天空光偏振模式來校準內部指南針。他們提到了一個具體的例子——Cataglyphis 沙漠螞蟻。這些螞蟻在白天覓食死昆蟲，透過之字型的移動進行狩獵。每次螞蟻改變方向時，它都會抬起頭部，觀察太陽的位置。當它找到食物來源時，為了降低曝曬於高溫沙漠中的陽光，它會直接返回蟻巢，從而透過生物天空光偏振分析計算出確切的路徑。
Skypole——基於天空偏振的地理定位系統
該研究團隊報告了一種名為 Skypole 的系統，它使用一個測量天空偏振的相機來確保北極星和觀察者的緯度和方位。透過處理捕獲的天空影象，團隊能夠測定北極星的位置，從而精確保位觀察者的緯度和方位。他們的研究成果發表在《美國國家科學院院刊》上。
研究方法
動物利用天空偏振來確保地理位置的機制尚不清楚。研究團隊參考了一種假設，稱之為類似 Cataglyphis 的動物使用天空偏振模式的時間特性來定位自己。他們開發了一種比較兩個不同時刻拍攝的天空影象的系統，時間間隔從 30 到 60 分鐘不等，並計算了兩個特徵的差異：直線偏振度和偏振角度。他們的算法考慮到了天空北極星的偏振度的穩定性以及影象中捕獲的兩個變數。這種方法具有以下優點：只使用視覺訊息，系統可以以合理的精度獲取地理定位，而無需依賴時間、日期或初始位置。他們的影象處理程式節省資源並且需要較少的計算資源。
局限性及未來展望
雖然該方法在視覺訊息下能夠比較準確地定位地理位置，但當前的影象獲取間隔和系統的精度約束了某些地理定位應用。研究團隊表示未來的研究可以對影象濾波進行更多的強調以減少噪聲的影響。
結論
研究人員基於動物的天空偏振定位機制開發了一種新的地理定位方法。這種基於天空偏振的方法可以克服現有導航系統的局限，為地理定位提供了一種新的思路和選擇。儘管當前存在一些局限性，但這項研究的成果為未來進一步改進地理定位技術和應用提供了有價值的參考。
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