Method Article

利用水下立体视频工具量化鱼类密度的新方法研究进展

DOI:

10.3791/56635

⸱

November 20th, 2017

 ,  ,  , 
1Moss Landing Marine Laboratories, 2The Nature Conservancy

In This Article

Summary

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我们描述了一种新的计数鱼类, 并估计相对丰度 (MaxN) 和鱼类密度使用旋转立体摄像系统。我们还演示了如何使用距离相机 (Z 距离), 以估计 species-specific 可探测性。

Abstract

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在鱼类生态学研究中使用摄像系统继续作为一种可行的、非的测量鱼长和估计鱼类丰度的方法而得到牵引。我们开发和实施了一个旋转的立体声视频相机工具, 涵盖了一个完整的360度采样, 这将最大程度的采样努力相比, 固定相机工具。各种研究都详细说明了静态、立体摄像系统的能力, 以获得高度精确和精确的鱼类测量;这里的重点是开发方法方法, 用旋转摄像系统来量化鱼的密度。第一种方法是发展对公制 MaxN 的修改, 这通常是在给定的相机测量中观察到的最小鱼数的保守计数。我们重新定义 MaxN 是在任何给定的摄像机系统旋转中观察到的最大鱼数。当采取预防措施, 以避免重复计数, 这种方法的 MaxN 可能更准确地反映真正的丰度比从固定相机。其次, 因为立体声视频允许鱼在三维空间中被映射, 所以每条鱼的距离相机的精确估计可以得到。通过使用观察到的距离的95% 位数从照相机建立 species-specific 区域勘测, 我们解释了不同在可探测性之间, 并且避免稀释密度估计用最大距离一个种类是观察.对这一系列可探测性的核算是准确估计鱼类丰度的关键。这种方法将促进旋转立体视频工具在应用科学和管理环境中的集成。

Introduction

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在美国太平洋沿岸, 许多对商业和休闲底层渔业很重要的物种 (例如, 石斑鱼复合体 (许氏) 和蛇 (Ophiodon 细长)) 都与浮雕, hard-bottom 栖息地1,2,3,4,5。立体声视频下降相机是一个有吸引力的非工具, 使用在岩石生境由于相对容易和简单的操作。各种立体声摄像系统已经开发并部署在南半球, 浅水生态系统6,7,8,9,10, 以及最近, 视频降摄相机作为一种管理工具, 在太平洋沿岸的深海岩石礁环境中获得了牵引力11,12,13

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Protocol

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注意: 软件步骤的截图包括在辅助文件中。请注意, 下面介绍的软件步骤特定于所选软件 (请参见材料表)。总体方法可以扩展到任何立体软件平台。

1. 为分析准备立体摄影机素材

注意: 建议使用校准立方体进行校准。校准立方体是一个三维铝框架, 在表面上有精确定位的反射点。与校准软件一起使用时, 校准立方体比棋盘方法9更加精确和准确。

  1. 使用立体声校准软件校准着陆器摄像机 (图 1和图 2; 有关软件建议, 请参阅材料表。
    注: 校准可在现场使用之前, 通过测量不同距离的已知大小的目标 (请参阅补充视频 1) 进行验证。在3米 (或更低) 距离的50厘米目标的平均测量误差应在已知目标长度的2% 以内。另外请注意, 给定的校准将只有在相机位置不相互改变时才有效。这是至关重要的, 以照顾和避免意外拥挤的摄像头, 直到所有的取样已经执行。
  2. 使用校准的着陆器收集字段数据 (图 1,补充视频 2)。

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Results

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在2013和2014之间, 我们进行了816调查与旋转立体声视频着陆器 (图 1) 沿中央加利福尼亚海岸和收集 MaxN 和 95% Z 距离 (图 4) 数据在超过20种。由于物种的大小、形状和颜色的相互作用 (图 5), 在有效检测到的物种范围内存在明显的模式。例如, 标志石斑鱼 (许氏 rubrivinctus) 在其两侧有明显的条纹, 允许在更远的距离上进行有信心的识别。同样, 金丝雀石斑鱼 (许氏 pinniger) 是相对较大的体, 但具有类似于其他物种的色素沉着, 因此更难以在远处识别 (图 5)。

我们使用两个物种来演示 MaxN 和 95% Z 距离值的计算: 侏.......

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Discussion

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传统的 MaxN 度量是基于在调查过程中计算出有保证的最小数量的个人的想法。如果在单个视频帧中同时显示一定数量的鱼, 则不会有任何更少的当前, 但由于鱼是移动和异分布的, 因此在单个视频帧中同时看到所有个人的可能性很低.因此, 传统的 MaxN 可能会低估真正的鱼丰度16,17。此外, 已证明传统的 MaxN 可能显示非线性的负偏置关系与增加鱼丰度16,18。这可能与齿轮饱和现象有关, 即相对丰度指数无法检测到真正的增加19,20。相反, 具有真正下降的鱼类丰度的指数的表观稳定性被称为 "超", 并可能最终导致鱼类种群的崩溃21,22。最近的一项研究报告指出, MaxN 的.......

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Acknowledgements

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这项工作是由自然保护和私人捐助者, 资源遗留基金基金会, 戈登和贝蒂摩尔基金会, 环境防御基金, 加利福尼亚海洋赠款计划, 海洋国家合作研究计划, 和 NOAASaltonstall-肯尼迪格兰特 #13-SWR-008海洋应用研究和探索 (德克罗森, 瑞克 Botman, 安迪 Lauerman 和大卫 Jefferies) 开发, 建造和维护了视频着陆器工具。我们感谢 Jim 西格和 SeaGIS™软件的技术支持。船长和商业渔民 Tim Maricich 和船员船上的 F/V唐娜凯瑟琳提供了支持, 在部署着陆器从2012-2015。感谢所有参与视频数据收集或分析的人 (安妮 Tagini, 唐娜克莱恩, 琥珀佩恩, 布唐尼, 玛丽莎蓬, 丽贝卡米勒, 马特乙烯, 沃尔特兴奋, 史蒂夫 Rienecke, EJ 迪克, 和约翰领域)。

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
校准立方体SeaGIShttp://www.seagis.com.au/hardware.html1000x1000x500 mm 是首选尺寸。其他校准方法也可用。 
CAL 校准软件SeaGIShttp://www.seagis.com.au/bundle.html
EventMeasure 立体测量软件SeaGIShttp://www.seagis.com.au/event.html
统计软件R Core Team 2017 （v. 3.4.0）找到引导代码： https://github.com/rfields2017/JoVE-Bootstrap-Function
电子表格软件Microsoft Excel
2  防水相机深海电源和光高清质量首选
2 深度额定防水灯深海电源和光：3000 流明 LED，带 5000k 色温
DVR 录像机堆栈 LTD DVR
标准 PCWindows 10 首选作系统
旋转着陆器平台海洋应用研究与工程 （MARE）
可以

References

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  1. Love, M. S., Yoklavich, M. M., Thorsteinson, L. K. The Rockfishes of the Northeast Pacific. , University of California Press. Berkley. (2002).
  2. Laidig, T. E., Watters, D. L., Yoklavich, M. M. Demersal fish and habitat associations from visual surveys on the central California shelf. Estuar. Coast. Shelf Sci. 83 (4), 629-637 (2009).
  3. Anderson, T. J., Yoklavich, M. M.

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