Medición de la estructura, composición y cambio de entornos subacuáticos con imágenes de gran área

Utilizamos un protocolo de imágenes de área grande de cuatro pasos para recopilar datos ecológicos para la complejidad estructural, la composición de la comunidad y los análisis demográficos de los ecosistemas marinos bentónicos. En cada nueva aplicación, los mayores desafíos son definir la resolución necesaria en las imágenes sin procesar, determinar la extensión espacial del área que se va a fotografiar y garantizar que tengamos una replicación adecuada a nivel de parcela para un análisis científico preciso. Este protocolo enfatiza el valor de las imágenes de origen a lo largo del proceso de cuatro pasos, asegurando que se recopilen, archiven y utilicen imágenes de calidad para facilitar la extracción detallada de datos ecológicos para los análisis.

Estos flujos de trabajo de manejo y visualización de datos, especialmente aquellos que utilizan las imágenes sin procesar, garantizan la compatibilidad entre los datos recopilados digitalmente en el laboratorio o por buzos en el campo. Esto, a su vez, permite la integración de estos enfoques mejorados digitalmente en los conjuntos de datos existentes a largo plazo. Este enfoque permite un aumento drástico en la extensión espacial en la replicación de los datos que recopilamos, lo que nos permite hacer preguntas espacialmente explícitas y realizar análisis demográficos más sólidos.

Y lo que es más importante, aumenta nuestra capacidad de rastrear el cambio ecológico a lo largo del tiempo. Para comenzar, fije los paneles exteriores del marco de la cámara a los paneles y columnas de montaje de la cámara con tornillos Phillips de cabeza plana de 1 1/2 pulgada de largo. Prepare dos cámaras DSLR, una equipada con una lente gran angular fija y la segunda equipada con una lente de zoom.

Conecte y asegure el puerto de la cúpula para ensamblar las carcasas de las cámaras subacuáticas. Luego fije las manijas con tornillos de cabeza Phillips de 1/2 pulgada de largo. Fije la placa de montaje de la cámara con un tornillo de cabeza hueca de 1 1/8 pulgadas de largo.

A continuación, inserte las cámaras en la carcasa. Y use la bomba de vacío para ajustar la presión de la carcasa a cinco pulgadas de mercurio para verificar la integridad del sello de la junta tórica. Ahora, deslice la placa de montaje de la cámara en los paneles del marco de montaje para instalar las carcasas en el marco de la cámara.

Asegure las carcasas en su lugar con tornillos de mariposa. Para la captura de imágenes, inicie cada cámara en un intervalómetro configurado para capturar a una velocidad de un fotograma por segundo. Nade el sistema de cámaras aproximadamente a 1,5 metros por encima del bentos en un patrón de cuadrícula.

Realice una segunda pasada cuadriculada perpendicular a la primera, manteniendo un espaciado de aproximadamente un metro entre cada pasada. Asegúrese de que los pasos se extiendan un mínimo de dos metros más allá de los límites de la parcela para garantizar una superposición suficiente dentro del área de la parcela objetivo. Inicie el software para el procesamiento de imágenes en un sistema informático.

Haga clic en Flujo de trabajo, seguido de Agregar carpeta para cargar todas las imágenes en el proyecto Agisoft Metashape. Una vez que se hayan cargado los archivos, seleccione el diseño de datos como Cámaras individuales, Agregar todas las imágenes a un fragmento. Elimine las imágenes con exceso de agua azul en la escena.

Ahora, haz clic en Flujo de trabajo, seguido de Alinear fotos para alinear todas las imágenes. Compruebe que el conjunto de imágenes se ha alineado correctamente comprobando el porcentaje de cámaras alineadas. Inspeccione la nube de puntos dispersa generada en busca de brechas en la cobertura o desalineaciones.

Asegúrese de que el cuadro delimitador abarque toda la nube de puntos dispersa antes de continuar. Modifique el cuadro delimitador si es necesario mediante las opciones Cambiar tamaño o Rotar región. A continuación, deshabilite el grupo de cámaras que contiene las imágenes de la lente de zoom.

Construya la nube de puntos densa seleccionando Flujo de trabajo, seguido de Crear nube densa. Secuencialmente, haga clic en Herramientas, Ejecutar script, Extraer script Meta PY para exportar las estimaciones de la pose de la cámara. A continuación, haga clic en Archivo, seguido de Exportar y Exportar puntos para exportar la densa nube de puntos.

Arrastre y suelte el archivo de nube de puntos densa exportado en el vc5prep-confident. bat ubicado en los archivos de programa del software de visualización. Compile los archivos de datos exportados, incluidos los archivos de pose de la cámara, junto con los archivos de programa generados, en un único directorio para su uso en el software de visualización.

Utilice la herramienta rugo para crear una caja de 10 metros por 10 metros en la densa nube de puntos. Establezca la dimensión máxima en 10 metros y la relación de aspecto en 1,0 para designar el área de destino de 100 metros cuadrados para la extracción de datos. A continuación, utilice la herramienta de levas para vincular las imágenes de origen a la densa nube de puntos.

Habilite vistas de varias imágenes consultadas espacialmente de puntos en el modelo. Para un levantamiento de densidad, después de que las imágenes se hayan vinculado al software, cambie la distancia focal de la vista en perspectiva a 100 milímetros para establecer una vista de pseudomapa de la densa nube de puntos. Aléjese para obtener una vista completa del modelo de arriba hacia abajo.

Ahora, use el archivo de muestreo de cuadrante dado para capturar la vista en el applet web haciendo clic en eval para la celda C1 y seleccionando el botón de captura. Active las cámaras y vincule imágenes dentro del flujo de trabajo de muestreo de cuadrante haciendo clic en eval para las celdas C2 y C3 en el script de muestreo de cuadrante. Encienda la caja rugo hecha anteriormente para el área de extracción de datos de 100 metros cuadrados.

En el applet web, evalúe la sección de celdas de preparación C4 para muestrear 100 cuadrantes de un metro cuadrado cada uno. En la dirección web de muestreo de cuadrante, utilice imágenes de origen para buscar en un cuadrante. Utilice un doble clic izquierdo para reorientar la ubicación de muestreo y haga clic en un botón taxonómico para designar el punto objetivo como muestra.

Para eliminar un punto marcado, haga doble clic con el botón izquierdo y no seleccione nada. Compile todos los archivos de muestreo ubicados en el asterisco aux recruits test1 en un solo directorio. A continuación, cambie el nombre de cada archivo para incluir el nombre del sitio.

Agregue el archivo de búsqueda del botón al directorio. Ejecute el script en pantalla siguiendo las instrucciones en línea para agregar los datos de muestra por sitio y grupo taxonómico. Para preparar los datos para enviarlos a un repositorio, genere un archivo de descripción de métodos que incluya detalles de la encuesta, como el área cubierta, el sistema de cámaras, los marcadores de control del terreno y el patrón de recolección.

A continuación, genere un archivo de metadatos topográficos específico para el conjunto de datos de imágenes, que incluya campos como el nombre del sitio, los datos de la colección, las coordenadas GPS, los rumbos de la parcela, la profundidad del control del terreno y los datos de escala, así como el patrón de recopilación y el sistema de cámaras utilizados. Combine el archivo de descripción, el archivo de metadatos y los archivos de imagen en un único archivo ZIP para su ingesta en el repositorio de datos. El éxito de la recopilación de imágenes de gran superficie dio lugar a la creación de una densa reconstrucción de la nube de puntos con una cobertura completa de arriba hacia abajo de la zona topográfica, mientras que una redundancia inadecuada en la cobertura dio lugar a lagunas o a la degradación total de la nube de puntos.

Las medidas de rugosidad lineal extraídas de las encuestas de imágenes de área grande, o LAI, se alinean estrechamente con las medidas in situ de complejidad en todos los sitios, aparte de los valores atípicos. La composición de la comunidad bentónica y el porcentaje de cobertura de los grupos funcionales de LAI coincidieron con los de las encuestas tradicionales de fotocuadrantes. Los invertebrados sésiles, en particular la abundancia de erizos de mar, registrados utilizando los métodos LAI fueron consistentemente más altos que los métodos in situ debido a la amplia cobertura de área en los estudios de LAI.

La segmentación de las colonias de coral utilizando encuestas LAI reveló distribuciones de tamaño similares de los taxones de coral comunes en comparación con los métodos in situ. El registro conjunto de nubes de puntos densas permitió monitorear los cambios de los arrecifes a lo largo del tiempo, incluso en entornos dinámicos con alto crecimiento y pérdida estructural, como se demostró en el Atolón del Milenio.