我们介绍一种利用旋转立体视频摄像系统来计数鱼类，并估算相对丰度（MaxN）和鱼类密度的新方法。同时，我们还演示了如何利用摄像机距离（Z距离）来估算物种特异性的可检测性。
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摘要
摘要
视频摄像系统在鱼类生态学研究中的应用正日益普及，成为一种可行的非侵入性方法，用于测量鱼类体长并估算鱼类丰度。我们研发并实施了一种可旋转的立体视频摄像装置，能够实现360度全方位采样，相较于固定式摄像设备，显著提高了采样效率。已有多种研究详细阐述了静态立体摄像系统在获取高精度鱼类测量数据方面的有效性；而本研究的重点在于发展利用旋转摄像系统量化鱼类密度的方法学。第一种方法是对指标MaxN进行改进，传统上MaxN指在单次摄像调查中观察到的鱼类最小数量的保守统计值。我们将其重新定义为摄像系统在任意一次完整旋转过程中所观察到的鱼类最大数量。在采取措施避免重复计数的前提下，该MaxN计算方法相较于固定摄像机所得结果，可能更准确地反映真实的鱼类丰度。第二种方法基于立体视频技术可将鱼类定位在三维空间中的特性，从而为每条鱼提供精确的摄像机距离估算。通过采用观测距离摄像机距离的95%分位数来确定各物种特异性的调查面积，我们能够在避免使用物种最大观测距离稀释密度估计值的同时，校正不同物种间可检测性的差异。考虑这一可检测性范围对于准确估算鱼类丰度至关重要。本方法学将有助于推动旋转式立体视频工具在应用科学研究与管理实践中的整合应用。
引言
在美国太平洋沿岸，许多对商业和休闲底栖鱼类渔业重要的物种（例如，石斑鱼复合体（Sebastes 物种）和狗鱼（Lingcod）Ophiodon elongatus）与高起伏的硬质基底生境密切相关1,2,3,4,5立体视频落放式相机由于操作相对简便，是用于岩石栖息地的一种理想的非侵入性工具。多种立体视频相机系统已在南半球浅水生态系统中被研发并投入使用6,7,8,9,10，最近，视频落水摄像机作为管理太平洋沿岸深水岩礁环境的一种工具，已逐渐得到应用11,12,13<....
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方案
注意：软件操作步骤的截图作为补充文件提供。请注意，下述软件操作步骤仅适用于所选用的软件（参见材料表）。该整体方法可推广至任何立体成像软件平台。
1. 准备用于分析的立体相机影像
注意：建议使用校准立方体进行校准。校准立方体是一种三维铝制框架，其表面精确分布有反射点。当与校准软件配合使用时，校准立方体相比棋盘格方法可实现更高的精确度和准确性9。
- 使用立体校准软件对Lander相机进行校准（图1 和 图2；参见 材料列表 （如需软件推荐）
注意：在野外使用前，可通过测量不同距离处已知尺寸的目标来验证校准效果（参见 补充视频 150厘米目标物在3米（或更短）距离下的平均测量误差应控制在已知目标长度的2%以内。还需注意，校准结果仅在相机相对位置保持不变的情况下有效。在完成所有采样前，必须小心操作，避免相机受到意外扰动。 - 使用校准后的Lander采集野外数据图1, 补充视频 2).
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结果
2013年至2014年间，我们在中国台湾加利福尼亚州中部沿海地区使用旋转立体视频着陆器（图1）进行了816次调查，收集了20多个物种的最大观测数量（MaxN）和95% Z距离（图4）数据。观测到的物种有效可检测范围呈现出明显的规律，这可能与物种的体型、形状和体色特征相互作用有关（图5）。例如，条纹平鲉（Sebastes rubrivinctus）体侧具有明显的条纹，使其在较远距离上仍能被准确识别，识别距离超过其他体型相近的物种。类似地， Canary Rockfish（Sebastes pinniger）体型相对较大，但其体色与其他物种相似，因此在远距离时更难准确识别（图5）。
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讨论
传统的 MaxN 指标基于在调查期间统计一定数量个体的最低保证值这一概念。如果在单个视频帧中同时观察到一定数量的鱼类，则实际存在的个体数不可能更少；但由于鱼类具有移动性且呈异质分布，在单个视频帧中同时看到所有个体的可能性较低。因此，传统的 MaxN 很可能低估了鱼类的真实丰度16,17。此外，已有研究表明，随着鱼类丰度的增加，传统的 MaxN 可能表现出非线性的负偏差关系16,18。这可能与“渔具饱和”现象有关，即相对丰度指数无法检测到真实丰度的增加19,20。相反，当鱼类真实丰度下降时，指数却表现出明显的稳定性，这种现象被称为“超稳定性”，最终可能导致鱼类种群崩溃21,22
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披露
作者无任何利益冲突需要披露
致谢
本工作由大自然保护协会（The Nature Conservancy）和私人捐赠者、资源遗产基金基金会（Resources Legacy Fund Foundation）、戈登和贝蒂·摩尔基金会（Gordon and Betty Moore Foundation）、环境防御基金（Environmental Defense Fund）、加利福尼亚海拨项目（California Sea Grant Program）、美国国家海洋渔业局国家合作研究计划（NMFS National Cooperative Research Program）以及美国国家海洋和大气管理局萨尔顿斯托尔-肯尼迪资助项目（NOAA Saltonstall-Kennedy Grant #13-SWR-008）资助。Marine Applied Research and Exploration（Dirk Rosen、Rick Botman、Andy Lauerman 和 David Jefferies）负责视频着陆器工具的开发、建造与维护。我们感谢 Jim Seager 和 SeaGIS™ 软件提供的技术支持。船长兼商业渔民 Tim Maricich 及其在渔船 Donna Kathleen 上的船员在2012年至2015年期间协助完成了着陆器的布放工作。感谢所有参与视频数据采集或分析的人员（Anne Tagini、Donna Kline、Amber Payne 中尉、Bryon Downey、Marisa Ponte、Rebecca Miller、....
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 校准立方体 | SeaGIS | http://www.seagis.com.au/hardware.html | 首选尺寸为1000x1000x500 mm。也可采用其他校准方法。 |
| CAL 校准软件 | SeaGIS | http://www.seagis.com.au/bundle.html | |
| EventMeasure 立体测量软件 | SeaGIS | http://www.seagis.com.au/event.html | |
| 统计软件 | R Core Team 2017（版本 3.4.0） | 自举代码可在此处获取：https://github.com/rfields2017/JoVE-Bootstrap-Function | |
| 电子表格软件 | Microsoft Excel | ||
| 2 防水相机 | 深海能源与照明 | 推荐使用高清质量 | |
| 2 个深度防水灯 | 深海电源与照明：3000流明LED，色温5000K | ||
| DVR 录像机 | Stack LTD 数字视频记录仪 | ||
| 标准PC | 首选操作系统：Windows 10 | ||
| 旋转着陆平台 | 海洋应用研究与工程（MARE） |
参考文献
- Love, M. S., Yoklavich, M. M., Thorsteinson, L. K. The Rockfishes of the Northeast Pacific. , University of California Press. Berkley. (2002).
- 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).
- Anderson, T. J., Yoklavich, M. M.
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重印与许可
