Multispectral and colour imaging systems for the detection of small vertebrate fossils: A preliminary study

Xana Delpueyo, Meritxell Vilaseca, Marc Furió, Francisco J. Burgos-Fernández, and Jaume Pujol

Plain Language Abstract

In this study we analyse the usefulness of novel colour and multispectral imaging systems for the identification of fossil remains of small vertebrates to facilitate their subsequent separation from sediments. The analysis is based on the differences of spectral and fluorescence characteristics between bones, teeth and sand-gravel samples. The goal is to improve and accelerate the detection of paleontological samples in sediments. This process, usually carried out manually and based on morphological features, is currently very expensive due to the large amount of time required.

Resumen en Español

Sistemas de imagen multiespectrales y en color para la detección de pequeños fósiles de vertebrados: Un estudio preliminar

El proceso de separación o triado de pequeños fósiles de vertebrados de los sedimentos es un trabajo monótono, generalmente realizado de forma manual y basado principalmente en características morfológicas. La gran cantidad de tiempo empleado por técnicos de laboratorio que requiere esta técnica anticuada implica que los costos económicos sean muy altos. En este estudio probamos el potencial valor práctico de un sistema de imagen multiespectral en color para la detección de pequeños fósiles de vertebrados y así facilitar su separación del sedimento. Esta técnica se basa en el análisis de las características espectrales y de fluorescencia de los fósiles. Específicamente, se utilizó un sistema multiespectral con una cámara de dispositivo de carga acoplada (CCD) unida a un filtro de cristal líquido sintonizable y una cámara digital en color en combinación con fuentes de luz diurna y ultravioleta. Los resultados muestran que la reflectancia de los huesos, los dientes y el sedimento suele ser diferente a longitudes de onda más largas, y que las tasas de fluorescencia también difieren en la región azul-verde. Desafortunadamente, muestras de diferentes sitios paleontológicos presentan patrones diferentes, dificultando la estandarización de un método que discrimine los microfósiles de los sedimentos. Sin embargo, la combinación de sistemas de imagen en color y multiespectrales con avances recientes en fluorescencia estimulada por láser en fósiles podría constituir una solución óptima para un eficiente proceso de triado de pequeños restos de vertebrados en muestras geológicas.

Palabras clave: sistemas multiespectrales; fluorescencia; sistema de triado de fósiles

Traducción: Enrique Peñalver (Sociedad Española de Paleontología)

Résumé en Français

Systèmes d'imagerie multispectrale et couleur pour détecter les fossiles de petits vertébrés : une étude préliminaire

Isoler les fossiles de petits vertébrés dans le sédiment est un exercice monotone, généralement effectué manuellement en se basant principalement sur les caractères morphologiques. La charge importante en termes de temps et de personnel entraine des coûts économiques élevés associés avec cette technique désuète. Dans cette étude, nous testons le potentiel de l'imagerie multispectrale et couleur pour détecter les fossiles de petits vertébrés et faciliter leur séparation du sédiment. Cette technique est basée sur l'analyse des caractéristiques spectrales et de la fluorescence des fossiles. Plus précisément, un système multispectral avec une caméra « charge-coupled device » (CCD) attachée à un filtre accordable à cristaux liquides et une caméra couleur numérique ont été utilisés en combinaison avec des sources de lumière du jour et d'ultraviolets. Les résultats montrent que les réflectivités des os, des dents, et du sédiment sont généralement différentes à des longueurs d'onde plus élevées, et que les taux de fluorescence varient également dans le spectre bleu-vert. Malheureusement, les échantillons de différents sites paléontologiques présentent différents schémas, ce qui empêche la standardisation d'une méthode qui discriminerait les microfossiles des sédiments. Cependant, la combinaison des systèmes d'imagerie multispectrale et couleur avec des avancées récentes en fluorescence induite par laser chez les fossiles pourrait constituer une solution optimale pour un procédé de tri efficace des restes de petits vertébrés dans les échantillons géologiques.

Mots-clés: systèmes multispectraux ; fluorescence ; système de séparation des fossiles

Translator: Antoine Souron

Deutsche Zusammenfassung

Multispektrale und farbige Abbildungssysteme zur Erkennung kleiner Wirbeltierfossilien: eine Vorstudie

Kleine Wirbeltierfossilien aus dem Sediment herauszutrennen ist eine monotone Aufgabe, die üblicherweise per Hand durchgeführt wird und auf morphologischen Merkmalen basiert. Der große Zeit-und Personalaufwand dieser antiquierten Technik resultiert in hohen ökonomischen Kosten. In dieser Studie testen wir das Potential von farbiger und multispektraler Bildgebung zur Erkennung kleiner Wirbeltierfossilien und wie man sie besser aus dem Sediment trennen kann. Diese Technik basiert auf Untersuchungen zu den spektralen und fluoreszierenden Eigenschaften von Fossilien. In diesem Fall wurde ein multispektrales System mit einer ladungsgekoppelten Kamera (CCD) verbunden mit einem regelbaren Flüssigkristallfilter und einer digitalen Farbkamera eingesetzt in Kombination mit Tageslicht und Lichtquellen mit ultraviolettem Licht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Reflexion von Knochen, Zähnen und Sedimenten bei längeren Wellenlängen normalerweise unterschiedlich ist und dass Fluoreszenz-Raten im blau-grünen Bereich ebenso unterschiedlich sind. Bedauerlicherweise zeigen Proben aus verschiedenen paläontologischen Fundstellen unterschiedliche Muster, was die Standardisierung einer Methode zur Trennung von Mikrofossilien vom Sediment behindert. Eine Kombination farbiger und multispektraler Bildgebung mit den neuesten Ergebnissen der laserstimulierten Fluoreszenz könnte jedoch eine optimale Lösung für einen effizienten Sortierungsprozess kleiner Vertebratenüberreste innerhalb geologischer Proben darstellen.

Schlüsselwörter: multispektrale Systeme; Fluoreszenz; Trennungssystem für Fossilen

Translator: Eva Gebauer

Arabic

Translator: Ashraf M.T. Elewa