Infrarot und Labialgruben Python regius - Es geht ins Detail...

[Defekt]

Hallo,

also...tief Luft holen, es geht ins Detail:

Ich bin gerade dabei zu recherchieren, welchen Wellenlängenbereich Königspythons innerhalb der Infrarot-Strahlung wahrnehmen können. Grund für diese Recherche ist mein aktuelles Vorhaben, meine Tiere nachts bei ihren Streifzügen durch das Terrarium aufnehmen zu wollen. Dafür werde ich einen Raspberry PI zusammen mit einem Kameramodul verwenden. Letzteres besitzt keinen IR-Filter, weshalb es sich für schwache Lichtverhältnisse eignet.
Nun habe ich Nachts natürlich keine "schwachen Lichtverhältnisse", sondern einfach gar keine Um das auszugleichen, möchte ich zu einer gewissen Uhrzeit ein paar Infrarot-LEDs einschalten. Im Anschluss kommt eine vor mir entwickelte Software zum Einsatz, die zuerst nichts anderes macht, als auf eine Bewegung zu warten (motion detection). Wird eine Bewegung festgestellt, soll die Kamera aufnehmen, bis keine Bewegung mehr festzustellen ist.

Soweit, so gut. Dieser Plan steht und fällt allerdings mit dem wahrnehmbaren Wellenlängenbereich der Labialgruben von Königspythons. Sollten Königspythons die von IR-Leds emittierte Strahlung wahrnehmen können, würden sie sich natürlich an der "Dauerbeleuchtung" stören und ich würde meinen Plan aufgeben.

Nun habe ich etwas recherchiert, bin mir aber nicht ganz sicher, ob meine Schlussfolgerungen korrekt sind. Darum hoffe ich, dass mir hier jemand ein wenig weiterhelfen kann:

In folgender Dissertation ist zu lesen:

They image visual light with their eyes and also perceive images of their thermal
environment by detecting IR radiation at wavelengths centred around 10μm, which matches
the IR emission peak of homoeothermic animals,i.e. potential prey (e.g. Gamow and Harris,
1973; Grace et al., 1999)

Schenkt man dem Glauben, so nehmen Schlangen (Boidae) Infrarotstrahlung in einem Wellenlängenbereich um etwa 10μm (+/- peak) wahr.

Das ganze passt zu der Aussage in diesem Dokument, wonach Menschen bei 37° Celsius etwa mit 10μm im Infrarotbereich strahlen (natürlich nicht als potentielle Beute, sondern als Referenzwert!).

Wikipedia sagt zu handelsüblichen Infrarot-LEDs nun Folgendes:

Infrarot-LEDs werden mit einer Wellenlänge von 840 nm, 850 nm, 875 nm, 880 nm, 885 nm, 890 nm, 940 nm und 950 nm hergestellt.

Nach meinem Verständnis emittiert die "hellste" IR-LED also gerundet mit einer Wellenlänge von etwa 1μm. Das liegt recht weit unter dem Wert, den Boidae laut der Dissertation hauptsächlich wahrnehmen können.
Soweit klingt das erstmal nach dem, was ich haben wollte: Meine Schlangen werden sich nicht an den IR-LEDs stören, da sie diese (wenn überhaupt) nur schwach wahrnehmen können.

Allerdings verwundert mich der Wikipedia-Artikel zum Thema Infrarotstrahlung. Laut diesem ist für IR-Strahlung im Bereich von 0.78μm bis 1.4μm eine Temperatur von über 3700 Kelvin nötig. Das macht mich nun ein wenig konfus, da dies nicht zu dem passt, was ich bisher recherchiert habe. Es sei denn, ich habe einen groben Denkfehler drin. Ich vermute, ich darf die "Temperatur nach Wien" nicht als tatsächliche Temperatur interpretieren.


Erstaunlich, wie schnell aus einer kleinen Spielerei eine halbe Wissenschaft wird =)



Gruß,
Heiko

[Monty01]

Hallo Heiko,
ohne konkret auf deine Wellenlänge eingehen zu können: Warum nimmst du statt der IR-LEDs nicht solche Moonlight-LED-Lampen in Blau? Da sollte dann so gut wie kein IR-Anteil vorhanden sein, da blaues Licht sich ja quasi "am anderen Ende" des sichtbaren Spektrums liegt.

"leuchtende" Grüße

Monty

[Defekt]

Hallo Monty,

dankeschön für Deinen Tipp, diese LEDs kannte ich noch nicht. Ich werde es mal auf einen Versuch ankommen lassen, auch wenn ich absolut nicht sicher bin, ob das oben verlinkte Kameramodul zusammen mit diesen LEDs die geeignete Kombination ist und ein ausreichend gutes Video liefert.

Allerdings benötige ich ja eben Infrarot-Licht, da die von mir verwendete Kamera mithilfe von Infrarot-Strahlung Nachtaufnahmen machen kann, was den Vorteil hat, auf sichtbares Licht verzichten zu können. Bei normalem Tageslicht dagegen liefert sie "Falschfarben". Der Grundgedanke besteht darin, eine von der Schlange nicht wahrnehmbare Wellenlänge zu verwenden.

Diesbezüglich bin ich auch einen Schritt weiter gekommen: Der oben angesprochene Wert von 3700 K bezieht sich nämlich auf die Farbtemperatur und hat mit "herkömmlicher" Wärme rein gar nichts zu tun. Ich sollte also theoretisch herkömmliche Infrarot-LEDs verwenden können, ohne dass meine Schlangen davon irritiert werden. Sollte hier jemand feste Fakten haben, dann bitte immer her damit!

Dennoch werde ich auch einmal die moonlight-LEDs ausprobieren. Da diese Mondlicht "imitieren", sollten sich meine Schlangen ebenfalls nicht gestört fühlen. Ob die Helligkeit für Nachtaufnahmen ausreicht, wird sich im Experiment zeigen

Gruß,
Heiko

[Sarina]

Hallo Heiko,
Das mit der Temperatur hast du schon selbst geklärt. Noch als Ergänzung: Ein schwarzer Körper (z.B. der Wolframdraht in einer Glühbirne) muss 3700 K heiß sein, damit das Licht, das er dann abstrahlt, ein Maximum bei 1µm hat. (Ich hab die Zahlen nicht nachgeprüft, sie klingen realistisch).

Du möchtest dein Terrarium so beleuchten, dass es für die Kamera hell ist aber für die Schlange dunkel.

Ich weiß leider nicht sicher, in welchem Bereich Königspythons sehen. Strumpfbandnattern haben drei Zapfen mit maximaler Empfindlichkeit bei 555 nm (gelbgrün), 480 nm (türkis-blau) und 358 nm (UVA). Gegen wir mangels besserer Daten davon aus, dass alle Schlangen einen ähnlichen Bauplan haben: Eine blaue LED wird für Schlangen dann sehr gut sichtbar sein und für die Schlange sehr viel heller wirken als für den Menschen.

Eine infrarote LED mit 800 - 1000 nm Wellenlänge wird daher recht sicher von den Augen nicht wahrgenommen. Vielleicht könntest du sogar eine LED mit 650-700 nm nehmen, damit kannst sogar selbst noch etwas sehen, die Schlange aber vermutlich nicht (wenn sie wie die Strumpfbandnatter keinen rot-Zapfen im Auge hat).

Deine Recherche zur maximalen Empfindlichkeit des Grubenorgans klingt für mich realistisch. Säugetiere strahlen etwa bei 10µm ab.

Übrigens sehen auch viele Webcams und Handykameras, speziell dann wenn du sie aufmachst und den IR-Filter entfernst, kurzwellige Infrarotstrahlung (800-900 nm) sehr gut.

Grüße
Sarina

[Defekt]

Hallo Sarina,

vielen Dank für Deine Antwort. Vorallem die exakten Werte bezüglich der Strumpfbandnatter fand ich sehr hilfreich (dass der grobe Bauplan der Schlangen ähnlich sein könnte, scheint mir logisch zu sein.).
Somit scheint es dennoch recht sicher, dass das IR-Licht einer LED von den Augen einer Schlange nicht wahrgenommen werden kann, ebensowenig wie von den Grubenorganen.

Sollte jemand gegenteiliges wissen, dann bitte immer her mit den Informationen, denn schließlich geht es dabei immer um das Wohlbefinden unserer Schützlinge

Gruß,
Heiko

[Andi M]

Hallo, gleich der erste Suchmaschinen-Treffer liefert mir Absorptionsspektren für die Sehzellen von Python regius:
Python regius eye wavelength -> Photoreceptors and visual pigments in the ball python

Leider finde ich auf die Schnelle keine sinnvollen Sensitivitäts-Diagramme für die Pi NoIR-Kamera, aber IR-LEDs die ihr Maximum bei ~850 nm haben könnten ein guter Startpunkt sein. Bei deutlich kürzeren Wellenlängen (770 nm) riskiert man dass die Augen einen Teil des Lichtes registrieren, allerdings wird die Empfindlichkeit des Kamera-Sensors mit steigender Wellenlänge abnehmen.

Das Vorhaben mit den blauen oder "Mondlicht"*-LEDs verstehe ich nicht ganz. Geht es nicht darum die Schlange dabei zu beobachten wie sie sich auf die IR-Sensoren verlässt? Dazu sollte man doch besser das Licht aus lassen.

*Mondlicht ist nicht blau und auch nicht sonderlich hell: http://www.licht-im-terrarium.de/sonne/mondlicht

[Defekt]

Hallo Andi,

auf den von Dir gezeigten Link bin ich bei der Recherche nicht gestoßen, danke dafür. In Sachen "Mondlicht" LEDs habe ich mich inzwischen ein wenig schlau gemacht und lasse sie wohl weg.

Gruß,
Heiko