Name: Reefshape: Ein System zur effizienten Erfassung und automatisierten Verarbeitung von Zeitreihen-Unterwasserphotogrammetriedaten für das Monitoring benthischer Lebensräume (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-06-13T13:25:00.000+00:00
Duration: 13 min 35 s
Description: Erfahren Sie, wie das ReefShape-Protokoll die automatisierte Verarbeitung von Unterwasser-Photogrammetriedaten für das Monitoring von Korallenriffen ermöglicht. Diese Methode spart Zeit und verbessert die ökologische Datenanalyse.

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Korallenriffe sind eines der artenreichsten und wirtschaftlich wichtigsten Ökosysteme weltweit und stehen vor beispiellosen Herausforderungen durch Klimawandel, Krankheiten, Überfischung und andere Stressfaktoren 1,2,3. Die Überwachung von Korallenriff-Ökosystemen ist aufgrund ihrer oft abgelegenen Standorte und der inhärenten Schwierigkeiten bei der Unterwasserforschung besonders schwierig. Daher wurden Riffe in der Vergangenheit zu wenig erforscht4. Die effektive Überwachung von Korallenriffen auf mehreren räumlichen Skalen, die von mikrobiell5 bis Archipel6 und global7 reichen, ist für das Verständnis ihres Rückgangs sowie für die Planung, Verfolgung und Bewertung von Interventionsbemühungen unerlässlich8. Ein Werkzeug, das populär geworden ist, um den Zustand des Benthos von Korallenriffen auf einer Skala von Dutzenden bis Hunderten von Quadratmetern zu überwachen, ist das Photomosaik-Imaging, ein Begriff, der sich auf hochauflösende Karten bezieht, die aus zusammengefügten, sich überlappenden Unterwasserfotografien bestehen9. Diese Mosaike ermöglichen es den Forschern, einen Bereich des Riffs abzubilden, der größer ist, als mit einem einzigen Foto erfasst werden kann, daher der Begriff großflächige Bildgebung (LAI)10. Die Mosaike können später analysiert werden, um relevante ökologische Informationen wie den Prozentsatz der Korallenbedeckung, die Koloniegröße, die Artenverteilung und die benthische Zusammensetzungzu extrahieren 11. Fortschritte in der Datenverarbeitung und die Verfügbarkeit von Standardsoftware ermöglichen es nun, diesen Prozess mit Hilfe der Structure-from-Motion-Photogrammetrie (SfM) durchzuführen. SfM beinhaltet die Analyse von Fotos auf übereinstimmende Punkte, die verwendet werden, um die dreidimensionale Ausrichtung der Fotos und Verbindungspunkte zu rekonstruieren, was die Erstellung einer genauen virtuellen Riffnachbildungermöglicht 12,13,14. SfM/LAI-Erhebungen sind in der Korallenriffforschung alltäglich geworden und ermöglichen neue Einblicke in die Ökologie der Korallengemeinschaft10, die Komplexität der Lebensräume 15,16, die Reaktionen der Korallengemeinschaft auf Bleichereignisse17,18, Hurrikane19 und die Wiederherstellung von Korallen20.
Es wurden mehrere Ansätze für die Verwendung von LAI für die Überwachung von Korallenriffen entwickelt 21,22,23,24, was zu einer Vielzahl von Möglichkeiten für Praktiker führt, die die Technologie nutzen möchten. Der effektive Einsatz von LAI in der Korallenriffforschung ist jedoch komplex und erfordert einen erheblichen Lernaufwand. Kenntnisse im Tauchen, Unterwassernavigation, Unterwasserfotografie, Softwarenutzung, Datenpflege und -verwaltung sind unerlässlich. Darüber hinaus ist ökologisches Fachwissen von grundlegender Bedeutung, um Datenprodukte effektiv zu analysieren und zu interpretieren. Bestehende Arbeitsabläufe konzentrieren sich in erster Linie auf die Bilderfassung, ohne ausreichende Anleitungen für Zeitreihenprotokolle, Metadatenerfassung (z. B. Skalierung, Tiefe und Standort) oder die Datenverarbeitung nach der Exkursion bereitzustellen: alles Schritte, die für eine genaue und wiederholbare Datenerfassung unerlässlich sind. Auch die mit LAI-Workflows verbundenen Kosten sind in der Regel hoch, da teure Kamerasysteme und Computer-Setups verwendet werden. Unter den Forschern besteht nach wie vor ein großer Bedarf an einer umfassenden, einfachen und effizienten Methodik, die zu Daten von ausreichender Qualität führt, um ein breites Spektrum aktueller und zukünftiger Forschungsfragen zu beantworten. Wir gehen dieses Problem an, indem wir einen robusten und effizienten Ansatz für Unterwasser-LAI entwickeln, der den Verarbeitungsaufwand und die Komplexität reduziert, die Kosten minimiert und gleichzeitig die Datenqualität verbessert. Unser neuer Ansatz ermöglicht die schnelle Erfassung, automatisierte Verarbeitung und den Abgleich von Zeitreihen von Bildern, um qualitativ hochwertige Datenprodukte für ökologische Studien und Analysen von Korallenriffen bereitzustellen. Die Gesamtanlaufkosten für die Implementierung dieses Ansatzes belaufen sich auf etwa 5.000 bis 8.000 US-Dollar (einschließlich Kamerasystem, Materialien, dedizierter Computer und Software), je nachdem, ob der Benutzer Zugang zu Bildungspreisen für Photogrammetrie-Software hat. Durch die Anwendung unserer Methoden wollen wir Korallenriffforscher dabei unterstützen, ihre Datenerfassung und -verarbeitung zu optimieren und effizientere Arbeitsabläufe zu ermöglichen, die eine schnelle Extraktion und Analyse kritisch wichtiger ökologischer Daten von Korallenriffen ermöglichen.
Die hier beschriebene Methode, die wir "ReefShape" nennen, hat drei wichtige neue Beiträge: (1) die Verwendung von semi-permanenten Bodenkontrollmarkern, die auf dem Substrat befestigt sind, um eine automatische Georeferenzierung und Zeitreihenausrichtung von Datensätzen zu ermöglichen, (2) die Verwendung einer benutzerdefinierten App-basierten Vermessung, um die Erfassung und Formatierung von Standortdaten zu erleichtern, und (3) die Implementierung eines umfassenden skriptgesteuerten Prozesses zur vollständigen Automatisierung der Photogrammetrie-Pipeline, drastische Reduzierung der menschlichen Arbeit während der Verarbeitungsphase, auf die in anderen LAI-Protokollenvergriffen wird 20,21,22,23. Wie diese anderen LAI-Protokolle stützt sich ReefShape auf die Verwendung von Agisoft Metashape25 (im Folgenden als "das Photogrammetrie-Programm" bezeichnet) für die photogrammetrische Verarbeitung und verwendet zusätzlich die kostenlose ESRI Survey12326-Smartphone-Anwendung(im Folgenden als "die Umfrage-App" bezeichnet) für die Erfassung von Standortdaten. Dieses Protokoll ist so konzipiert, dass es einfach und dennoch robust ist und keine Mehrkamerasysteme24 oder komplexe geodätische Vermessungen13 erfordert, während es dennoch das Ziel erreicht, qualitativ hochwertige Daten zu liefern, definiert als fertige 3D-Modelle, Fotomosaike und digitale Höhenmodelle mit genauer Geometrie, Maßstab und Position; ausreichende Auflösung und Schärfe zur visuellen Identifizierung benthischer Organismen auf Art- oder Gattungsebene; keine größeren Datenlücken oder Lücken; genaue Farbe; und im Falle von Zeitreihendaten die richtige Ausrichtung zwischen den Zeitpunkten. Der hier beschriebene spezifische Ansatz bietet einen Rahmen für die Erhebung und Verarbeitung von Daten, um diese Ziele zu erreichen.
Angetrieben durch Fortschritte im Bereich des maschinellen Lernens gehen wir davon aus, dass neue Analysewerkzeuge entwickelt werden, um ökologische Daten aus Fotomosaiken schneller und genauer zu extrahieren. Daher konzentrieren wir unsere Bemühungen auf die Sammlung hochwertiger Unterwasserbilder und die Automatisierung der Photogrammetrie-Pipeline, wobei wir die spezifischen Analysen weitgehend den Nutzern dieses Protokolls überlassen, die auf ihren eigenen unterschiedlichen Bedürfnissen basieren. Dieser skriptgesteuerte Prozess, der auf eine breite Anwendung in der Korallenriffforschung abzielt, umfasst Optionen zum Exportieren von Datenprodukten, die als GeoTIFFs mit unterschiedlichen Spezifikationen formatiert sind und auf gängige GIS-Software und TagLab, eine speziell entwickelte Anwendung zur schnellen Annotation von Orthomosaiken von Korallenriffen, zugeschnitten sind27.
Überblick über das Protokoll Die ReefShape-Methode gliedert sich in zwei Hauptphasen: die Datenerfassung in situ und die Datenverarbeitung am Computer. Die Methode ist für Grundstücksgrößen von ~25 m2 bis &gt;1000 m2 geeignet, die in der Tiefe von ~1 m bis 30 m reichen. Es hat sich gezeigt, dass Flächen von 300-400m2 ideal sind, um die Korallenvielfalt an den karibischen Riffen effektiv zu erfassen28. Es wurde jedoch festgestellt, dass Grundstücke, die größer als ~100 m2 sind, für unerfahrene Vermessungsingenieure schwierig zu navigieren sein können. Daher wird im Protokoll eine Grundstücksgröße von 10 m x 10 m als Ausgangspunkt beschrieben, aber wir beabsichtigen nicht, die Benutzer mit diesem Vorschlag einzuschränken. Vielmehr wird empfohlen, dass die Nutzer ihre Parzellengröße auf der Grundlage ihrer eigenen Erfahrungen und Forschungsbedürfnisse auswählen. Der Prozess der Datenerfassung bleibt für jede gewählte Plotgröße praktisch gleich.
Wenn eine Fläche zum ersten Mal erstellt wird, beginnt der Vermesser damit, vier einzigartige Markierungsmarken mit codierten Photogrammetriezielen (Abbildung 1D) an jeder Ecke (Abbildung 2) dauerhaft auf dem Substrat zu befestigen (Abbildung 2), wobei er einen Tauchcomputer verwendet, um die Tiefe jeder Markierung zu messen. Codierte Maßstabsbalken (Abbildung 1E) werden vorübergehend innerhalb der Parzelle platziert, und Fotos mit Blick auf das Substrat werden vom Taucher mit einer einzigen spiegellosen Kamera und einem geradlinigen Weitwinkelobjektiv gesammelt, das 1,5 m - 2 m über dem Riff positioniert ist, wobei er in einem doppelt gekreuzten "Rasenmäher"-Muster schwimmt, ähnlich wie bei anderen etablierten Protokollen 11,21,24,. Der gesamte Prozess (einschließlich des erstmaligen Aufbaus und der Fotografie) kann in der Regel in einem einzigen Tauchgang abgeschlossen werden, obwohl für tiefere oder größere Parzellen mehrere Tauchgänge erforderlich sein können. Nach der Fotografie verwendet der Vermessungsingenieur ein Bluetooth-GPS-Gerät, das an einem Schwimmgerät montiert ist (Abbildung 1C), und ein Smartphone, um GPS-Punkte an der Oberfläche über jeder Eckmarkierung mithilfe eines benutzerdefinierten Formulars in der Vermessungs-App zu sammeln, das die Referenzdaten dann in einer vorformatierten Tabelle per E-Mail an den Benutzer sendet. Bei nachfolgenden Flächenvermessungen sammelt der Vermesser keine Referenzdaten und installiert keine Markierungen und muss nur die vorhandenen Eckmarkierungen lokalisieren und reinigen sowie Fotos sammeln, wodurch der Prozess für die Erfassung von Zeitreihendaten optimiert wird.
Für die Datenverarbeitung wurde eine Reihe von benutzerdefinierten Python-Skripten entwickelt, die mit dem Photogrammetrieprogramm verbunden sind, um die Pipeline zu automatisieren (Abbildung 3), normalerweise ein Prozess, der an mehreren Stellen menschliches Eingreifen erfordert. Zu den wichtigsten Verarbeitungsschritten der automatisierten Pipeline gehören die Erstellung einer Tie-Point-Wolke und die Schätzung der Kamerapositionen, die Erstellung eines 3D-Mesh-Modells des Riffs, die Erstellung eines digitalen 2,5D-Höhenmodells (DEM), die Erstellung eines orthorektifizierten 2D-Fotomosaiks und die Definition einer Region of Interest (ROI), die durch die vier Eckmarkierungen begrenzt wird (Abbildung 4). Bei diesem Arbeitsablauf gibt der Benutzer die Fotos und Referenzdaten zu Beginn der Verarbeitung in eine grafische Oberfläche ein (Ergänzende Abbildung 1), anstatt zahlreiche Schritte durchlaufen zu müssen, bevor er manuell Referenzdaten hinzufügt und Datenprodukte generiert, wie es in anderen Arbeitsabläufen üblich ist 21,22,23,24. Für die Zeitreihenverarbeitung erleichtern permanente Eckmarkierungen das automatische Ausrichten von Zeitpunkten, wodurch ein manuelles Ausrichten überflüssig wird. Die Verwendung eines standardisierten, skriptgesteuerten Workflows trägt dazu bei, die Datenkonsistenz zu gewährleisten und spart erheblichen menschlichen Aufwand bei der Verarbeitung, insbesondere in Projekten mit vielen Zeitpunkten. Eine Suite von eigenständigen Skripten ist ebenfalls enthalten, um verschiedene Verarbeitungsaufgaben zu automatisieren, einschließlich der Berechnung eines Verhältnisses von 3D-Oberfläche zu planarer Fläche, einer wichtigen Kennzahl für die Bewertung der strukturellen Komplexität von Riffen19,29.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67343/67343fig01.jpg"> 
Abbildung 1: Wichtige Materialien, die für den Datenerfassungsteil dieses Protokolls erforderlich sind. (A) spiegellose Kamera mit geradlinigem Weitwinkelobjektiv, (B) Unterwassergehäuse mit Kuppelanschluss für Kamera/Objektiv, (C) Bluetooth-GPS-Kickboard-Gerät, (D) automatisch detektierbare codierte Eckmarkierungen für die permanente Bodenkontrolle und Georeferenzierung und (E) codierte Maßstabsbalken zum Einstellen der Modellgröße. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67343/67343fig01large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>

<table><tbody><tr><td>0,3 m Länge 1/2" PVC-Rohr</td><td>generisch</td><td>N / A</td><td>für GPS-Kit</td></tr><tr><td>1" PVC-Tischkappe</td><td>generisch</td><td>N / A</td><td>für GPS-Kit</td></tr><tr><td>1/2" bis 1" PVC-Reduzierbuchse</td><td>generisch</td><td>N / A</td><td>für GPS-Kit</td></tr><tr><td>12mm f/2.0 AF E-Mount-Objektiv</td><td>Samyang</td><td>SYIO12AF-E</td><td>wird auch unter dem Markennamen Rokinon</td></tr><tr><td>verkauft 2" geriffelter Schaft runde Mauerwerksnägel</td><td>generisch</td><td>N/A</td><td>für die Montage von Eckmarkierungen</td></tr><tr><td>256GB UHS-1 V30 SD Karte</td><td></td><td>SanDisk SDSDXXD-256G-ANCIN</td><td>schnellstmögliche UHS-1 SD-Karte empfohlen</td></tr><tr><td>30m Maßband (optional)</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>für die Erstellung von Plots</td></tr><tr><td>Acrylplatte, 3mm dick, geschnitten auf 80mm x 580mm (3x)</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Material der Maßstabsleiste</td></tr><tr><td>Aluminium Kameraablage</td><td>KitDive</td><td>N/A</td><td>passend für Kameragehäuse und Hilfsmittel mit Haltekamera</td></tr><tr><td>Unterwasser-Eckmarkierungsset mit gedruckten Photogrammetrie-Zielen</td><td>N/A</td><td>N/</td><td>A nach Maß, kontaktieren Sie den Autor für Details, kontaktieren Sie den Autor für Details</td></tr><tr><td>Duracopy wasserdichtes Laserdruckerpapier</td><td>Rite in the Rain</td><td>6511</td><td>kann durch wasserdichtes Aufkleberpapier ersetzt werden</td></tr><tr><td>E6000 Epoxidharz</td><td>generisch</td><td>N/A</td><td>für GPS-Kit</td></tr><tr><td>GLO2 Bluetooth GPS</td><td>Garmin</td><td>010-02184-01</td><td>es gibt weitere Optionen, GLO2 ist die wirtschaftlichste</td></tr><tr><td>spiegellose ILCE a6700 Kamera</td><td>Sony</td><td>ILCE6700/B</td><td>a6700 Kamera bevorzugt, a6600 oder a6400 sind kostengünstige Optionen</td></tr><tr><td>Laserdrucker</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>beliebiger Laserdrucker (kein Tintenstrahl)</td></tr><tr><td>Metashape Professional Edition</td><td>Agisoft</td><td>N/A</td><td>erforderliche Software</td></tr><tr><td>Plastikkarte (ca. 1 mm x 5 mm x 5 mm)</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>für GPS-Kit, kann auch weggeworfene Kreditkarte oder ähnliches verwenden, in zwei Hälften geschnitten.</td></tr><tr><td>Smartphone</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>jedes halbwegs moderne Smartphone, für die GPS-Datenerfassung</td></tr><tr><td>Sony A6700 Sea Frogs 40M/130FT Wasserdichtes Gehäuse mit Acryl 6" Dome Port V.1</td><td>SeaFrogs</td><td>N/A</td><td>Wenn Sie a6600 oder a6400 Kameras verwenden, ersetzen Sie es durch ein entsprechendes SeaFrogs-Gehäuse</td></tr><tr><td>Sekundenkleber</td><td>N/A</td><td>N/</td><td>A für GPS-Kit und Scale-Bar-Erstellung</td></tr><tr><td>Schwimmen Fitness-Style Kickboard</td><td>Speedo</td><td>877530050021SZ</td><td>für GPS-Kit, Marke unwichtig</td></tr><tr><td>Tauchcomputer im Uhrenstil</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>zum Sammeln von Eckmarkierungstiefen</td></tr><tr><td>Wasserdichte Tasche</td><td>Xuniea</td><td>W-1188</td><td>Marke unwichtig, passend für GPS-Gerät</td></tr><tr><td>Wasserdichte Handytasche</td><td>Pelican</td><td>PP048884</td><td>Marke unwichtig, passend für Smartphone</td></tr></tbody></table>

reefshape: ein system zur effizienten erfassung und automatisierten verarbeitung von zeitreihen-unterwasserphotogrammetriedaten für das monitoring benthischer lebensräume

Reefshape: A System for the Efficient Collection and Automated Processing of Time-Series Underwater Photogrammetry Data for Benthic Habitat Monitoring

Ein Zeitreihen-LAI-Datensatz wurde mit dieser Methode am Simms Point Reef vor dem südwestlichen Ende von New Providence auf den Bahamas gesammelt. Abbildung 4, Abbildung 5, Abbildung 6 und ergänzende Abbildung 4 zeigen die Ergebnisse dieses Experiments. Das Referenznetzwerk wurde eingerichtet, und im Januar 2023 wurden die ersten Bilder gesammelt. Es wurde im August 2023, während einer schweren Hitzewelle im Meer, erneut fotografiert, um die Schwere der Korallenbleiche zu beurteilen. Beide Zeitpunkte wurden mit dem vollständigen ReefShape-Workflow-Skript verarbeitet, ohne dass in den Zwischenschritten ein Benutzereingriff erforderlich war. Der erste Zeitpunkt umfasste 1.299 Bilder, die alle erfolgreich ausgerichtet wurden, mit einer durchschnittlichen Schwimmhöhe von 1,8 m über dem Substrat, einer nativen Bodenauflösung von 0,567 mm/px (standardisiert auf 0,5 mm/px), einem Gesamtabdeckungsbereich von 208 m2 (gemessen an der Fläche innerhalb der Eckmarkierungen), einem 3D/2D-Oberflächenverhältnis von 2,887, einen Reprojektionsfehler von 1,12 px, eine interne Geolokalisierungsgenauigkeit von insgesamt 30,6 cm und einen Skalierungsfehler von 1,4 mm. Der gesamte Vorgang dauerte bei den Standardeinstellungen innerhalb des Full ReefShape-Skripts 8 Stunden und 23 Minuten, wobei ein Desktop-Computer aus dem Jahr 2018 mit einer 6-Kern-CPU, 32 GB RAM und einer diskreten 8-GB-GPU verwendet wurde (Gesamtkosten ~ 1.500 USD). Ein Desktop-PC aus dem Jahr 2024 mit 14-Kern-CPU, 64 GB RAM und einer diskreten 24-GB-GPU (Gesamtkosten ~4.000 USD) verarbeitete das gleiche Diagramm in insgesamt 1 h 58 min. Der zweite Zeitpunkt, einschließlich 1.974 / 1.974 ausgerichteter Bilder, dauerte auf dem älteren Desktop von 2018 7 Stunden und 45 Minuten.
Ein vergrößerter Ausschnitt der beiden Zeitpunkte und der grundlegenden Analyse der Korallenbleiche, die in TagLab27 durchgeführt wurden, ist in Abbildung 5 dargestellt und zeigt die Nützlichkeit dieses Prozesses für die Analyse der Veränderung benthischer Lebensräume im Laufe der Zeit. Die Ergebnisse der Analyse zeigten, dass über 90 % der Individuen in vielen der Korallenarten eine vollständige Bleiche erlebten, was die Schwere des Ereignisses bestätigt, während andere Arten nur minimale bis gar keine Bleiche aufwiesen, was einen Einblick in die Muster der Widerstandsfähigkeit innerhalb der Korallengemeinschaft gibt. Beide Zeitpunkte (Abbildung 5) zeigen eine hohe Bildqualität mit ausreichender Schärfe und Auflösung für eine fachkundige Identifizierung benthischer Organismen auf Art- oder Gattungsebene. Der Weißabgleich ist richtig eingestellt, und es gibt keine signifikanten Bereiche mit Unschärfen, Datenlöchern oder anderen Artefakten, was darauf hindeutet, dass das Protokoll die Daten, die zur Untersuchung der Dynamik der benthischen Ökologie der Korallenriffe benötigt werden, erfolgreich effizient geliefert hat. Abbildung 6 (oben) zeigt eine Vergrößerung dieses Diagramms als Beispiel für qualitativ hochwertige Bilddaten im Vergleich zu einem Datensatz von schlechter Qualität (unten), der die Anforderungen an die Datenqualität nicht erfüllt und bei dem Bildartefakte die ökologische Datenextraktion behindern. Der Datensatz von schlechter Qualität wurde mit falschen Kameraeinstellungen (falscher Weißabgleich, der zu einem roten Gesamtfarbton führt, und eine zu offene Blende, die zu Unschärfen führt) und unzureichender Fotoüberlappung aufgrund schlechter Tauchernavigation gesammelt, was die Bedeutung der Bildaufnahme unterstreicht (Protokollabschnitt 2).
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67343/67343fig05.jpg"> 
Abbildung 5: Repräsentative Ergebnisse mit Zeitreihenbildern und Umrissen der Korallenkolonie aus einem Plot, der vor und während eines Bleichereignisses fotografiert wurde, und zeigen die Genauigkeit der automatischen Ausrichtung, die mit unserem Protokoll erreicht wurde, und den Nutzen dieser Daten zur Überwachung der benthischen Veränderungen im Laufe der Zeit. (A) zeigt das Bild vom Januar 2023 für den Standort Simms Point in New Providence, Bahamas, (B) das Bild vom August 2023, (C) lebende Korallenkolonien vom Januar 2023, die als gesund (blau), blass (orange) oder gebleicht (rot) klassifiziert wurden, und (D) lebende Korallenkolonien vom August 2023, die nach demselben Klassifizierungsschema umrandet sind. Die Gliederung der Korallenkolonie wurde mithilfe einer KI-gestützten Segmentierung in TagLab durchgeführt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67343/67343fig05large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67343/67343fig06.jpg"> 
Abbildung 6: Beispiel für ein hochwertiges Orthomosaik und ein niedrigwertiges Orthomosaik, mit Anmerkungen, die die wichtigsten Attribute veranschaulichen, die die beiden unterscheiden. Eine visuelle Inspektion des Orthomosaiks und anderer Datenprodukte während des Protokollschritts 5.4 ist notwendig, um zu beurteilen, ob das Protokoll ordnungsgemäß ausgeführt wurde oder ob eine Wiederholung der Plotfotografie erforderlich ist, um die Datenqualitätsziele zu erreichen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67343/67343fig06large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
Zugriff auf die Software: Die ReefShape-Python-Skripte, Installations- und Verwendungsanweisungen sowie detailliertere Anweisungen zur Datenerfassung und Softwarenutzung in Form eines Whitepapers sind unter https://github.com/Perry-Institute/ReefShape verfügbar. Wir beabsichtigen, die Skripte zu aktualisieren, um auftretende Probleme zu beheben und Verbesserungen vorzunehmen. Daher empfehlen wir, die neueste Version zu verwenden.
Ergänzende Abbildung 1. Screenshot zur Veranschaulichung des ReefShape-Georeferenzdatenerfassungs-Survey in der Survey123-App auf einem Smartphone. Benutzer können ohne ein kostenpflichtiges Konto auf die Umfrage zugreifen und erhalten ihre Daten bei der Übermittlung per E-Mail vorformatiert für die Verwendung in der ReefShape-Verarbeitung. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67343/SI-1_Survey123.tif" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.</a>
Ergänzende Abbildung 2. Screenshot der vollständigen GUI des ReefShape Workflow-Skripts. Der Benutzer kann alle notwendigen Informationen für die Verarbeitung in diese Schnittstelle eingeben, was eine vollständige Automatisierung des Photogrammetrie-Workflows ermöglicht. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67343/SI-2_Full%20ReefShape%20Workflow%20Script.tif" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.</a>
Ergänzende Abbildung 3. Screenshot der GUI des Skripts "Zeitpunkte ausrichten". Benutzer können dieses Skript verwenden, um die automatische Ausrichtung nachfolgender Vermessungen am ursprünglichen Zeitpunkt zu erleichtern und so eine Analyse von Zeitreihenänderungen zu ermöglichen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67343/SI-3_Align%20Timepoints%20Script.tif" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.</a>
Ergänzende Abbildung 4. Screenshot eines 3D-Modells, das repräsentative Ergebnisse und das Referenzfenster hervorhebt. Alle Informationen im Referenzfenster werden automatisch entsprechend der Maßstabsleiste und den georeferenzierten Dateien eingerichtet, die in das Full ReefShape Workflow-Skript eingegeben werden. Die unterschiedlichen Genauigkeitsmaße für verschiedene Referenzdaten (0,25 mm für die Skalierung, 10 cm für die Tiefe und ~70 cm für die XY-Geolokalisierung) werden automatisch eingegeben und ermöglichen die bevorzugte Behandlung von Maßstabs-, Tiefen- und XY-Koordinaten in der endgültigen Standortlösung, die von Metashape berechnet wird. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67343/SI-4_GeoRef_Example.tif" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.</a>
Ergänzende Datei 1: Anweisungen zur Vorbereitung der Ausrüstung, Anforderungen und Einstellungen für das Kamerasystem sowie Computeranforderungen und Schritte zur Softwareeinrichtung, die nicht in den Geltungsbereich des Protokolls selbst fallen, sind in der Zusatzdatei enthalten. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67343/Supplementary_File_1_.docx" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.</a>

Reefshape: Ein System zur effizienten Erfassung und automatisierten Verarbeitung von Zeitreihen-Unterwasserphotogrammetriedaten für das Monitoring benthischer Lebensräume

Large-area imaging (LAI) through structure-from-motion photogrammetry has gained significant traction as a monitoring tool for coral reef ecosystems, ...

reefshape-system-for-efficient-collection-automated-processing-time

Research

Forschung

JoVE Journal

Environment

Umwelt

Wir beschreiben eine neue Methode für das zählen der Fische, und relative Häufigkeit (MaxN) und Fisch-Dichte mit rotierenden Stereo-Video-Kamera-Systeme zu schätzen. Wir demonstrieren auch Abstand von der Kamera (Z-Abstand) zu verwenden, um artspezifische Nachweisbarkeit zu schätzen.

Entwicklung neuer Methoden zur Quantifizierung der Fisch-Dichte mit Unterwasser-Stereo-Video-Tools

Bildbasierte Vermessung ist eine zunehmend praktische, nicht-invasive Methode, die Meeresumwelt zu probieren. Wir präsentieren das Protokoll einer Drop-Kamera-Umfrage, die die Fülle schätzt und Verteilung der Atlantischen Meer Jakobsmuschel (Placopecten Magellanicus). Wir diskutieren, wie dieses Protokoll für die Anwendung auf andere benthischen Makroinvertebraten verallgemeinert werden kann.

Methoden zur Image-basierte Umfragen von benthischen Makroinvertebraten und ihren Lebensraum am Beispiel der Drop-Kamera-Umfrage für die Atlantik-Jakobsmuschel

Wir bieten ein detailliertes Protokoll für die Durchführung von Unterwasser-Structure-from-Motion-Photogrammetrie-Vermessungen zur Erstellung von 3D-Modellen und Orthomosaiken.

Eine Feldeinführung für die Überwachung benthischer Ökosysteme mittels Structure-from-Motion-Photogrammetrie

Dieses Protokoll umfasst eine vierstufige großflächige bildgebende Erhebungsmethode, die zur Extraktion von Metriken der strukturellen Komplexität, der Zusammensetzung der Gemeinschaft und der Populationsdemografie für Korallenriffgemeinschaften verwendet wird. Die Qualität der erfassten Bilder und der integrierte Zugriff auf die Quellbilder werden in jedem Schritt des Protokolls priorisiert.

Messung der Struktur, Zusammensetzung und Veränderung von Unterwasserumgebungen mit großflächiger Bildgebung

Oberflächenerneuerung ist eine mikrometeorologische Methode, die zunehmend zur Bestimmung von Energieflüssen eingesetzt wird, aber aufgrund ihrer technischen Komplexität für ein breites Publikum unzugänglich ist. Wir beschreiben die Schritte, die erforderlich sind, um eine Feldstation für die Oberflächenerneuerung einzurichten und zu kalibrieren, Daten zu erfassen und zu verarbeiten und die Ergebnisse richtig zu interpretieren.

Oberflächen Erneuerung: Ein Advanced Mikrometeorologische Verfahren zur Messung und Verarbeitung Feld Skala Energieflussdichte Daten

Hier präsentieren wir kleine Kerninkubationen zur Messung des Austauschs von Sediment-Wasser, Gas und gelösten Stoffen. Diese werden zuverlässige Messungen des Sediment-Wasser-Austauschs liefern, die die Rolle von Sedimenten bei der Beeinflussung biologischer und biogeochemischer Prozesse in aquatischen Ökosystemen bewerten.

Die Benthic Austausch von O<sub&gt; 2</sub&gt;, N<sub&gt; 2</sub&gt; Und gelöste Nährstoffe mit kleinen Kern Inkubationen

Frühere Arbeiten deuten darauf hin, dass die Stickstoffisotopenzusammensetzung von atmosphärischen Stickoxiden den Einfluss verschiedener Quellen in der Umwelt unterscheiden könnte. Wir berichten über eine automatisierte, mobile, feldbasierte Methode zur hohen Abscheideeffizienz der atmosphärischen NOx für N-Isotopenanalyse mit stündlicher Zeitauflösung.

Automatisierte, hochauflösende Mobilsammelsystem für die Stickstoffisotopenanalyse von NO<sub&gt; x</sub

Dreidimensionale (3D) Reflexion Seismologie ist eine leistungsfähige Methode für imaging unterirdischen Vulkane. Mithilfe von industriellen 3D seismologischen Daten aus der Tarim-Becken, veranschaulichen wir die Fensterbänke und die Leitungen der unterirdischen Vulkane aus seismischen Datenwürfel zu extrahieren.

Datenverarbeitung für seismische 3D-Bildgebung der unterirdischen Vulkane: Anwendungen der Tarim Flut Basalt

Räumliche Muster von Erosion und Ablagerung Boden Höhenunterschiede abgebildet bei gegebener Zeit-Schritten entnehmen. Solche Änderungen in der Höhe beziehen sich auf Änderungen in oberflächennahen Böden Karbonate. Wiederholbare Methoden für Feld- und Laborversuche Messungen dieser Mengen und Daten-Analyse-Methoden werden hier beschrieben.

Messung und Mapping-Muster von Erosion und Ablagerung im Zusammenhang mit Boden-Karbonat-Konzentrationen unter Landbewirtschaftung

Dieser Artikel beschreibt eine Reihe von Techniken in der Licht- und Elektronenmikroskopie, die internen und externen Auge Anatomie von Insekten zu studieren. Dazu gehören mehrere traditionelle Techniken optimiert für Ameise Augen, detaillierte Fehlersuche und Vorschläge für die Optimierung für verschiedene Proben und Regionen von Interesse.

Techniken für die Untersuchung von der Anatomie des Sehsystems Ant

Erfahren Sie, wie das ReefShape-Protokoll die automatisierte Verarbeitung von Unterwasser-Photogrammetriedaten für das Monitoring von Korallenriffen ermöglicht. Diese Methode spart Zeit und verbessert die ökologische Datenanalyse.

Reefshape: Ein System zur effizienten Erfassung und automatisierten Verarbeitung von Zeitreihen-Unterwasserphotogrammetriedaten für das Monitoring benthischer Lebensräume (Video) | JoVE Journal

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