Traitement automatique d’images pour déterminer la structure granulométrique des macroinvertébrés riverains

Summary

L’article est basé sur la création d’un protocole adapté pour scanner, détecter, trier et identifier des objets numérisés correspondant à des macroinvertébrés benthiques de rivière à l’aide d’une procédure d’imagerie semi-automatique. Cette procédure permet l’acquisition des distributions de taille individuelles et des métriques de taille d’une communauté de macroinvertébrés en environ 1 h.

Abstract

La taille corporelle est un trait fonctionnel important qui peut être utilisé comme bioindicateur pour évaluer les impacts des perturbations dans les communautés naturelles. La structure de taille des communautés réagit aux gradients biotiques et abiotiques, y compris les perturbations anthropiques entre les taxons et les écosystèmes. Cependant, la mesure manuelle d’organismes de petite taille tels que les macroinvertébrés benthiques (par exemple, >500 μm à quelques centimètres de long) prend beaucoup de temps. Pour accélérer l’estimation de la structure de la taille des communautés, nous avons développé ici un protocole pour mesurer semi-automatiquement la taille corporelle individuelle des macroinvertébrés de rivière préservés, qui sont l’un des bioindicateurs les plus couramment utilisés pour évaluer l’état écologique des écosystèmes d’eau douce. Ce protocole est adapté d’une méthodologie existante développée pour scanner le mésozooplancton marin avec un système de balayage conçu pour les échantillons d’eau. Le protocole comprend trois étapes principales : (1) balayage de sous-échantillons (fractions fines et grossières) de macroinvertébrés de rivière et traitement des images numérisées pour individualiser chaque objet détecté dans chaque image; (2) créer, évaluer et valider un ensemble d’apprentissage grâce à l’intelligence artificielle pour séparer semi-automatiquement les images individuelles de macroinvertébrés des détritus et des artefacts dans les échantillons numérisés; et (3) la représentation de la structure granulométrique des communautés de macroinvertébrés. En plus du protocole, ce travail comprend les résultats de l’étalonnage et énumère plusieurs défis et recommandations pour adapter la procédure aux échantillons de macroinvertébrés et envisager d’autres améliorations. Dans l’ensemble, les résultats appuient l’utilisation du système de balayage présenté pour la mesure automatique de la taille corporelle des macroinvertébrés de rivière et suggèrent que la représentation de leur spectre de taille est un outil précieux pour la bioévaluation rapide des écosystèmes d’eau douce.

Introduction

Les macroinvertébrés benthiques sont largement utilisés comme bioindicateurs pour déterminer l’état écologique des masses d’eau¹. La plupart des indices décrivant les communautés de macroinvertébrés se concentrent sur des mesures taxonomiques. Cependant, de nouveaux outils de bioévaluation qui intègrent la taille corporelle sont encouragés à fournir une perspective alternative ou complémentaire aux approches taxonomiques ^2,3.

La taille corporelle est considérée comme un métatrait lié à d’autres traits vitaux tels que le métabolisme, la croissance, la respirat....

Protocol

REMARQUE : Le protocole décrit ici est basé sur le système développé par Gorsky et ^al.27 pour le mésozooplancton marin. Une description spécifique des étapes du scanner (ZooSCAN), du logiciel de numérisation (VueScan 9x64 [9.5.09]), du logiciel de traitement d’images (Zooprocess, ImageJ) et du logiciel d’identification automatique (Plankton Identifier) se trouve dans les références précédentes^32,33. Pour ajuster au mieux les tailles des macroinvertébrés benthiques par rapport au mésozooplancton, une fois le projet créé selon le protocole original^32,33, changer le....

Results

Acquisition d’images numériques d’échantillons de macroinvertébrés
Nuances de balayage : dépôt d’éthanol dans le bac de numérisation
Lors de l’essai du système pour les macroinvertébrés, plusieurs scans étaient de mauvaise qualité. Une zone saturée sombre en arrière-plan empêchait le traitement normal de l’image et la mesure de la taille individuelle des macroinvertébrés (Figure 2). Plusieurs raisons ont été données pour l’apparition de zones saturées .......

Discussion

L’adaptation de la méthodologie décrite par Gorsky et al., 2010 pour les macroinvertébrés riverains permet une grande précision de classification dans l’estimation de la structure de la taille des communautés de macroinvertébrés d’eau douce. Les résultats suggèrent que le protocole peut réduire le temps d’estimation de la structure de taille individuelle dans un échantillon à environ 1 heure. Ainsi, le protocole proposé vise à promouvoir l’utilisation systématique des spectres de taille des macroinvertébrés en tant que b.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Bécher	Labbox		D’autres récipients pourraient être utilisés
Eau dionisée	Icopresa	; 8420239600123	Pour diluer l’éthanol
Entonnoir Vitlab		41094
Flacons en verre 8 ml	Labbox	SVSN-C10-195	1 flacon/sous-échantillon
ImageJ Software  ;	Accès		Version 4.41o/ Logiciel de traitement d’images
Grand cadre	Hydroptic	; Fourni par ZooScan	24,5 cm x 15,8 cm
Monalcol 96 (Éthanol 96)	Montplet	1050JE001
Logiciel d’identification de plancton	Accès		Version 1.2.6/ Logiciel d’identification automatique
Sieve	Cisa	26852.2	Ouverture nominale 500µ ; et ouverture nominale 0,5 cm
Pince à épiler	Bondline	B5SA	Inox, antimagnétique, anti-acide
VueScan 9 x 64 (9.5.09)	Logiciel Hydroptic		Version 9.0.51/ Logiciel Sacn
Aiguille			N’importe quelle aiguille en plastique ou en bois peut être utilisée
Logiciel Zooprocess  ;	Accès		Version 7.14/Logiciel de traitement d’images
ZooScan  ;	Hydroptic	54	Version III/ Scanner