Name: Cohoused 수 중 동물의 장기 비디오 추적: 노르웨이 가재 (Nephrops norvegicus)의 매일 운동 활동의 사례 연구 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-04-08T13:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 57 s
Description: 배우세요 다중 동물 장기 추적 프로토콜을 Nephrops norvegicus를 활용하여. 컴퓨터 비전과 Python 기반 ID 분석 도구로 영상 분석 시간을 단축하고 행동 연구의 정확성을 높입니다.

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저자는이 작품의 출판 자금 박사 조 안 나 회사에 감사. 또한, 저자는 실험적인 작품 하는 동안 그들의 도움에 대 한 실험 수족관 영역에서의 해양 과학 연구소 (ICM-CSIC) 바르셀로나에서의 기술자에 게 감사.
이 작품은 RITFIM 프로젝트에 의해 지원 되었다 (CTM2010-16274; 연구 책임자: J. Aguzzi) 과학 스페인 교육부 및 혁신 (MICINN), 및 경제와 경쟁력의 스페인 정부에서 TIN2015-66951-c 2-2-R 그랜트에 의해 설립.

저자는 공개 없다.

비디오 추적 프로토콜 성능 및 대표 결과 사회 변조 및 cohoused 동물의 circadian 리듬에 특정 초점으로 동물 행동 분야에서 응용된 연구에 대 한 유효성을 확인 했다. 동물 검색 (69%)의 효율성 그리고 태그 차별 (89.5%)의 정확도 사용 대상 동물의 행동 특성 (즉, 이동 속도)과 함께 여기는 것이 좋습니다이 프로토콜 장기 실험 시험 (예를 들어, 일 및 주)에 대 한 완벽 한 솔루션. 또한, 프로토콜의 개발에 사용 하기 쉬운 빠르고 기본 이점을 제공 하 고 다른 기술, 자동 학습 알고리즘 및 신경에 대해 사용자 지정 네트워크43. 여기에 사용 된 추적 기술은 약간 다른 접근 방식을44시작 실험 활동의 마지막 수정을 나타냅니다.
프로토콜에 중요 한 단계는 태그 디자인; 그것은 다른 태그 디자인의 구현 오쓰 이진화의 성능을 향상 시킬 수 있는 것을 고려해 야 합니다. 예를 들어...

지난 몇 년 동안, 자동된 이미지 기반 추적 생태학과 행동 분야1기본적인 질문을 탐구 하는 데 사용할 수 있는 매우 정확한 데이터를 제공 하고있다. 동물의 행동2,3의 정량 분석을 위해 이러한 데이터 집합을 사용할 수 있습니다. 그러나, 동물 및 행동 평가 추적 하는 데 사용 되는 각 이미지 방법론의 장점과 한계는 있습니다. 동물4,,56을 추적 하는 영화에서 이전 프레임에서 공간 정보를 사용 하는 이미지 기반 추적 프로토콜 오류 수 소개 때 두 동물의 경로. 이러한 오류는 일반적으로 가역 하지 않으며 시간을 통해 전파 합니다. 감소 또는 거의이 문제5,7을 제거 하는 진보에 대 한 계산에 불구 하 고 이러한 기술을 여전히 균질 실험 환경 정확한 동물 식별 및 추적에 대 한 필요 합니다.
동물에 고유 하 게 식별 될 수 있는 마크의 고용 이러한 오류를 방지 하 고 확인 된 개인의 장기 추적을 허용 한다. 널리 사용 되는 마커 (예를 들어, 바코드 및 QR 코드) 산업과 상업에 존재 하 고 확인할 수 있습니다 잘 알려진 컴퓨터 비전 기술을 사용 하 여와 같은 증강 현실 (예를 들어, ARTag8) 및 (예를 들어, CALTag9 카메라 보정 ). 대 한 예를 들어, 개미3 또는 꿀벌10, 하지만 이러한 이전 시스템의 일부 고립 된 태그3인식에 대 한 최적화 되어 있지 않으며 태그 동물 이전 다른 동물 종에서 높은 처리량 행동 연구에 대 한 사용 되어 왔습니다.
이 문서에 소개 된 추적 프로토콜은 단일 채널 이미지, 적외선 (IR) 빛 등 단색 빛에에서 동물을 추적 하는 데 특히 적합 (특히, 우리 블루 빛을 사용). 따라서, 개발 하는 방법 색상 신호, 또한 다른 설정에 적용 되 고 사용 하지 않는 조명에 제약 조건이 있다. 또한, 우리는 그렇게 하지 않도록는 바닷가재를 방해 하 고, 동시에 저가 카메라와 녹음을 허용 하도록 설계 된 사용자 지정된 태그를 사용 합니다. 또한, 여기에 사용 되는 방법 프레임 독립적인 태그 검색 기반은 (즉., 이전 궤도에 이미지에 각 태그의 존재를 인식 하는 알고리즘). 이 기능은 동물 일시적으로 차단 될 수 있습니다, 또는 동물 들의 궤적을 교차 수 있습니다 응용 프로그램에서 관련입니다.
태그 디자인 동물의 서로 다른 그룹에 그것의 사용을 허용 한다. 메서드의 매개 변수가 설정 되 면 다른 갑각류 (복족류) 특정 분류자를 훈련을 위한 필요 없이 다른 동물 추적 문제를 해결 하기 위해 옮겨질 수 있습니다. 프로토콜을 수출의 주요 제한 태그 및 첨부 파일 (파리, 꿀벌, 등 작은 곤충에 적합 하지 않은 게) 동물을 위한 필요 및 동물 운동에 대 한 2D 가정의 크기 이다. 이 제약은 중요 한, 주어진 제안된 방법 가정 태그 크기 일정 하 게 유지 합니다. 동물 3D 환경 (예를 들어, 물고기)에 자유롭게 이동 카메라의 거리에 따라 다른 태그 크기를 보여줄 것입니다.
이 프로토콜의 목적은 시간 2D 컨텍스트 (즉, 일 또는 주)의 오랜 기간 동안 여러 태그 동물을 추적 하기 위한 사용자 친화적인 방법을 제공 하는 것입니다. 방법 론 적 접근은 오픈 소스 소프트웨어와 하드웨어의 사용을 기반으로 합니다. 무료 및 오픈 소스 소프트웨어 허용 각 색, 수정, 및 무료 재배포; 따라서, 생성 된 소프트웨어11,12각 단계에서 향상 됩니다.
프로토콜 제시 여기 실험실을 추적 하 고 5 일 동안 탱크에서 4 수생 동물의 운동 활동 평가 설정에 초점을 맞추고. 비디오 파일은 1 s 시간 경과 이미지에서 기록 하 고 (1 기록된 일 차지 비디오의 약 1 시간) 초당 20 프레임에서 비디오에서 컴파일된. 모든 비디오 녹화는 컴퓨터 비전 방법 및 알고리즘 적용 동물 위치를 자동으로 postprocessed. 프로토콜 추적 데이터, 시간 및 이전 실험 논문13힘 드는 될 표시 되었습니다 그들의 수동 주석 피하의 다량을 얻기 수 있습니다.
우리가 노르웨이 가재 (Nephrops norvegicus)를 사용 하 여 사례 연구; 따라서, 우리는 그들을 유지 하기 위해 종의 실험실 조건을 제공 합니다. 바닷가재 수행 잘 공부 뚫 출현 리듬 circadian 시계14,15의 컨트롤 아래에 있는 그리고 cohoused 때 그들은 지배 계층16,17. 따라서, 여기에 제시 된 모델 circadian 리듬에 특정 초점 행동의 사회 변조에 관심이 있는 연구자에 대 한 좋은 예입니다.
여기에 제시 된 방법론은 쉽게 복제 하 고 개별 태그 동물 사이 구별 하는 가능성 있으면 다른 종에 적용 될 수 있습니다. 이러한 접근은 실험실에서 재현에 대 한 최소 요구는 (i) 등온 실험 설정; (2) 지속적인 물 공급; (iii) 물 온도 제어 메커니즘; (4) 조명 제어 시스템; (v)는 USB 카메라와 표준 컴퓨터.
이 프로토콜을 사용 하 여 파이썬18 과 OpenCV19 (오픈 소스 컴퓨터 비전 라이브러리). 우리는 신속 하 고 일반적인 적용 등의 작업 (구현 및 실행 둘 다), 배경 빼기20 및 이미지 임계 처리21,22에 의존 한다.

<table><tbody><tr><td>삼각대 475</td><td>Manfrotto</td><td>A0673528</td><td>단종된</td></tr><tr><td>관절 팔 143</td><td>Manfrotto</td><td>D0057824</td><td>단종</td></tr><tr><td>카메라 USB 2.0 uEye LE</td><td>iDS</td><td>UI-1545LE-M</td><td>https://en.ids-imaging.com/store/products/cameras/usb-2-0-cameras/ueye-le.html</td></tr><tr><td>Fish Eye Len C-마운트 f = 6 mm/F1.4</td><td>Infaimon</td><td>표준 광학&nbsp;</td><td>https://www.infaimon.com/es/estandar-6mm</td></tr><tr><td>유리 섬유 탱크 1500 x 700 x 300 mm 3</td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>블랙 펠트 패브릭</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>목재 구조 탱크</td><td></td><td></td><td>5 개의 목재 스트립 50x50x250 mm</td></tr><tr><td>목재 구조 펠트 패브릭</td><td></td><td></td><td>10 개의 목재 스트립 25x25x250 mm</td></tr><tr><td>스테인레스 스틸 나사</td><td></td><td></td><td>목재 스트립 구조 PC를 고정하는 데 필요한만큼</td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td>2코어 CPU, 4GB RAM, 1GB 그래픽, 500GB HD</td></tr><tr><td>외장 스토리지 HDD</td><td></td><td></td><td>2TB 용량 바람직</td></tr>한 <tr><td>Windows PC용 iSPY Sotfware</td><td>iSPY</td><td></td><td></td></tr><tr><td>https://www.ispyconnect.com/download.aspx Zoneminder 소프트웨어 Linux PC</td><td>Zoneminder</td><td></td><td>https://zoneminder.com/</td></tr> <tr><td>OpenCV 2.4.13.6 라이브러리</td><td>OpenCV</td><td></td><td>https://opencv.org/</td></tr> <tr><td>Python 2.4</td><td>Python</td><td></td><td>https://www.python.org/</td></tr> <tr><td>캠핑 아이스박스</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>플라스틱 트레이</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>시아노크릴레이트 젤</td><td></td><td></td><td>접착제 태그' S&nbsp;</td></tr><tr><td>1 블랙 PVC 플라스틱 시트 (1mm 두께)</td><td></td><td></td><td>태그 구조1</td></tr><tr><td>흰색 PVC 플라스틱 시트 (1mm 두께)</td><td></td><td></td><td>태그 구조</td></tr><tr><td>4 태그 s &오슬래시; 40 mm</td><td></td><td></td><td>블랙 & 화이트 PVC 플라스틱 시트로 제작</td></tr><tr><td>3 m 블루 Strid Led Ligts (480 nm)</td><td></td><td></td> <td>바람직한</td></tr><tr><td>방수 3 m IR Strid Led Ligts (850 nm)</td><td></td><td></td> <td>바람직한</td></tr><tr><td>방수 6 m&nbsp; 메타크릴레이트 파이프 &오슬래시; 15mm</td><td></td><td></td><td>밀폐형 Strid Led</td></tr><tr><td>4 PVC 엘보우&nbsp; 45o &Oslash; 63mm</td><td></td><td></td><td>버로우 구조</td></tr><tr><td>3m 유연한 PVC 파이프 &Oslash; 63mm</td><td></td><td></td><td>버로우 구조</td></tr><tr><td>4 PVC 나사캡 &Oslash; 63mm</td><td></td><td></td><td>버로우 구조</td></tr><tr><td>4 O-ring &Oslash; 63mm</td><td></td><td></td><td>버로우 구조</td></tr><tr><td>4 여성 PVC 소켓 접착제 / 스레드 &Oslash; 63 mm</td><td></td><td></td><td>Burrow 구조</td></tr><tr><td>10 m DC 12V 전기 케이블</td><td></td><td></td><td>조명 제어 메커니즘</td></tr><tr><td>Ligt 전원 공급 장치 DC 12 V 300 W</td><td></td><td></td><td>조명 제어 메커니즘</td></tr><tr><td>MOSFET, RFD14N05L, N-Canal, 14 A, 50 V, 3-Pin, IPAK (TO-251)</td><td>RS 구성 요소</td><td>325-7580</td><td>조명 제어 메커니즘</td></tr><tr><td>다이오드, 1N4004-E3/54, 1A, 400V, DO-204AL, 2-Pines</td><td>RS 구성 요소</td><td>628-9029</td><td>조명 제어 메커니즘</td></tr><tr><td>퓨즈 홀더</td><td>RS 구성 요소</td><td>336-7851</td><td>조명 제어 메커니즘</td></tr><tr><td>2 Way 전원 단자 3.81 mm</td><td>RS 구성 요소</td><td>220-4658</td><td>조명 제어 메커니즘</td></tr><tr><td>커패시터 220 &micro; F 200 V</td><td>RS 구성 요소</td><td>440-6761</td><td>조명 제어 메커니즘</td></tr><tr><td>저항 2K2 7 W</td><td>RS 구성 요소</td><td>485-3038</td><td>조명 제어 메커니즘</td></tr><tr><td>퓨즈 6.3 x 32 mm2 3A</td><td>RS 구성 요소</td><td>413-210</td><td>조명 제어 메커니즘</td></tr><tr><td>Arduino Uno Atmel Atmega 328 MCU 보드</td><td>RS 구성 요소</td><td>715-4081</td><td>조명 제어 메커니즘</td></tr><tr><td>프로토콜 보드 CEM3,3 orific.,RE310S2</td><td>RS Components</td><td>728-8737</td><td>조명 제어 메커니즘</td></tr><tr><td>DC/DC 컨버터, 12 Vin, +/-5 Vout 100 mA 1 W</td><td>RS 구성 요소</td><td>689-5179</td><td>조명 제어 메커니즘</td></tr><tr><td>2 SERA T8 블루 달빛 형광등 36 와트</td><td>SERA</td><td></td><td>단종/광 절연 시설</td></tr></tbody></table>

cohoused 수 중 동물의 장기 비디오 추적: 노르웨이 가재 (nephrops norvegicus)의 매일 운동 활동의 사례 연구

Long-term Video Tracking of Cohoused Aquatic Animals: A Case Study of the Daily Locomotor Activity of the Norway Lobster (Nephrops norvegicus)

선물이 배경 빼기와 cohoused 동물을 개별적으로 추적할 수 있게 해 주는 이미지 임계 처리 기반 비디오 추적 기술에 관련 된 프로토콜. 5 일 동안 암흑 빛 조건에서 4 개의 cohoused 노르웨이 가재 (Nephrops norvegicus)와 추적 루틴 테스트. 랍 스타는 개별적으로 태그 했다. 실험 설정 및 사용 하는 추적 기술을 완전히 오픈 소스 소프트웨어에 근거한 다. 수동 감지 추적 출력의 비교는 랍 스타 잘못 했다 나타냅니다 시간의 69%를 발견. 올바르게 감지 바닷가재 가운데 그들의 개별 태그 제대로 했다 시간의 89.5%를 발견. 프로토콜에 사용 되는 프레임 속도 랍 스타의 운동 속도, 고려 비디오 추적의 성능 좋은 품질 있으며 대표적인 결과 지원 프로토콜의 타당성 연구 필요 (개인에 대 한 귀중 한 데이터를 생성 공간 점령 또는 운동 활동 패턴)입니다. 여기에 제시 된 프로토콜 쉽게 사용자 정의할 수 있습니다 그리고, 따라서, 표본 그룹에서의 개별 추적 연구 질문에 대 한 중요 한 될 수 있는 다른 종에 게 양도할 수 있다.

우리는 수동으로 자동된 비디오 분석을 확인 하기 위해 실험 데이터의 하위 집합을 건설 한다. 1,308 프레임의 샘플 크기 (샘플 오류의 여백 내에서 인구를 정확 하 게 반영 여부를 보여 주는 보안의 측정 인) 99%의 신뢰 수준 및 4%의 오차의 한계를 (는 백분율로 얼마나 가까운 설명 하는 샘플 준 응답은 인구에 있는 실제 값 이다) 무작위로 선택 했다 ROIs의 올바른 식별 및 각 ROI 내의 태그의 올바른 식별의 수동 주석을 수행 했다. Note 일부 랍 스타는 버 로우 안에 은폐 될 수 있습니다 또는 두 개 이상의 동물 또는 거짓 탐지를 포함 하는 한 투자 수익 때문에 단일 프레임 수가 ROIs 불확 실한 범위 내을 포함할 수 있습니다.
1,308 프레임에 동물의 총 수 3,852 (수동으로 주석된 ROIs) 했다. 메서드는 3,354 동물 탐지를 밝혔다...

여기 우리는 개별적으로 시간의 긴 기간 동안 동물을 추적 하는 프로토콜을 제시. 컴퓨터 비전 사례 연구, 집, 하는 방법에 정보를 제공 하는 동시에로 랍 스타의 그룹을 사용 하 여 수동으로 생성 된 태그의 집합을 식별 하는 방법을 조작 및 표시는 랍 스타를 사용 합니다.

Cohoused 수 중 동물의 장기 비디오 추적: 노르웨이 가재 (Nephrops norvegicus)의 매일 운동 활동의 사례 연구

We present a protocol related to a video-tracking technique based on the background subtraction and image thresholding that makes it possible to ...

이 프로토콜을 사용하면 여러 동물을 추적할 수 있습니다. 간단한 레이블을 사용하여 각 동물에게 ID 분석 도구를 식별하여 태그를 검색합니다. 이 프로토콜은 leskey 데이터를 사용하여 비디오 녹화를 분석하는 데 필요한 시간을 크게 줄입니다.실험 연구에서 더 정확한 완료를 추정합니다. 비슷한 방식으로 태그 할 수있는 다른 환경에서 동물은 연대생물학, 생태학, 바이러스 연구 또는 신경 과학응용 프로그램을 제공하는 유사한 프로토콜로 추적 할 수 있습니다. 우리는 하드웨어 디자인과 오픈 소스 프로그래밍 언어를 제공하고 사용자가 파이썬 프로그래밍 언어를 배우기 위해 프로토콜에 채택하는 것이 좋습니다 모델을 제공합니다.대상 동물에 대한 태그를 구성하기 위해 먼저 검은 색 플라스틱 시트에서 직경 40mm 의 원 4 개와 26 mm 측면 등가 삼각형 2 개와 흰색 플라스틱 PVC 시트에서 26 밀리미터 직경 원 2 개를 잘라냅니다. 하나의 흰색 삼각형과 하나의 흰색 원의 중심을 표시합니다. 그리고 각 마크에 10 밀리미터 구멍을 합니다.그런 다음 한 개의 흰색 모양을 네 개의 검은 원 각각의 중앙에 붙입니다. 실험 영역을 설정하려면 적외선 어두운 시간 LED를 탱크에 배치합니다. 적외선 조명을 항상 켜두십시오.다음으로, 청색광 시간 LED 조명을 모래와 4개의 유연한 PVC 파이프 굴을 포함하는 수정된 유리섬유 탱크에 배치하고, 사진 기간을 관리하기 위한 장치에 조명을 연결한다. 모든 조명이 배치되면 차가운 바닷물 입구를 탱크의 한 구석에 놓고 반대쪽 모서리에 해당 콘센트를 배치합니다. 바닷물 입력이 분당 약 4리터의 유량으로 설정되어 있는지 확인합니다.검은 커튼으로 챔버를 둘러싸고 외부 조명으로부터 완전한 격리를 제공합니다. 실험 경기장 의 측면에 카메라가 장착 된 삼각대를 실험 경기장의 측면에 놓고 카메라 130센티미터 위와 실험 경기장의 중심에 놓습니다. 커튼 외부의 컴퓨터에 카메라를 연결하고 종의 특성에 따라 비디오 녹화의 매개 변수를 조정하여 타임랩스 비디오의 날짜를 포함하여 타임스탬프를 만들어 최종 행동 점수를 얻을 수 있습니다.동물에 태그를 붙이려면 침수 된 구획이있는 아이스 박스에 섭씨 7도의 물을 추가하고 4 개의 랍스터를 분리 된 구획에 넣습니다. 랍스터가 약 30분 동안 적응할 수 있게 한 후, 랍스터 한 개를 분쇄된 얼음 트레이에 5분간 옮기고, 압제 종이를 사용하여 고정된 랍스터의 세팔로토락스 상부를

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