Name: Podstawa terenowa do monitorowania ekosystemów bentosowych za pomocą fotogrametrii struktury z ruchu (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-04-15T12:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 36 s
Description: Poznaj metodę fotogrametrii struktury z ruchu do monitorowania ekosystemów bentosowych. Technika ta umożliwia tworzenie trójwymiarowych modeli podwodnych siedlisk z wysoką rozdzielczością.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dziękujemy Fundacji Rodziny Paula G. Allena za sfinansowanie tych badań i jesteśmy wdzięczni Ruth Gates za inspirację do wykorzystania technologii do ochrony raf. Dziękujemy również NOAA i innym współpracownikom za wnikliwą dyskusję na temat tych metod. Na koniec dziękujemy Catie Foley i Patrickowi Nicholsowi za udostępnienie filmu z drona i podwodnego filmu przedstawiającego te metody.
Uznajemy National Fish and Wildlife Foundation za partnera finansowego w tej pracy.

1. Materiały
<ol>
	<li>kamera
	<ol>
		<li>Zapewnij minimalne specyfikacje trwałości i wodoodporności (lub wodoodpornej obudowy) oraz minimalną liczbę klatek na sekundę wynoszącą 2 klatki/s (fps). 
		UWAGA: W tym przykładzie użyto minimalnej liczby klatek na sekundę wynoszącej ~4 kl./s.</li>
		<li>Cyfrowa lustrzanka jednoobiektywowa (DSLR)
		<ol>
			<li>Ustaw aparat tak, aby wykonywał zdjęcia seryjne z szybkością przechwytywania od 2 kl./s do 5 kl./s.</li>
			<li>Aby odtworzyć protokół opisany w tym przykładzie, należy użyć aparatu w obudowie podwodnej (patrz Tabela materiałów) z następującymi ustawieniami: Tryb ręczny (M); f10, 18 mm; czas otwarcia migawki = 1/320; kompensacja ekspozycji = -1/3; jakość obrazu = najwyższa, bez RAW; tryb wyzwalania migawki = ciągły; autofokus = AI SERVO; ISO = Auto, maks.3200; numeracja plików = Automatyczne resetowanie; automatyczne obracanie obrazu = wyłączone; godzina/data = UTC.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Kamera sportowa
		<ol>
			<li>Ustaw tryb wideo lub tryb zdjęć seryjnych z najwyższą możliwą rozdzielczością i liczbą klatek na sekundę. 
			UWAGA: Kamera sportowa może być również używana w trybie ciągłym, o ile liczba klatek na sekundę wynosi 2 obrazy na sekundę lub więcej.</li>
			<li>Aby odtworzyć protokół w tym przykładzie (patrz tabela materiałów), użyj wodoodpornej kamery sportowej z następującymi ustawieniami: Rozdzielczość wideo = 4K (proporcje 4:3); liczba klatek na sekundę = 30 kl./s. 
			UWAGA: W przypadku kamer sportowych może być łatwiej przymocować linkę od szpuli do pływaka, a nie do kamery. W tym przykładzie linka była przymocowana do nadgarstka pływaka za pomocą małej smyczy.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Zestaw do szpulowania (<silna klasa="xfig">Rysunek 1A)
	<ol>
		<li>Upewnij się, że szpula ma odpowiedni rozmiar, aby pomieścić długość żyłki potrzebną do określenia promienia miejsca pomiaru. 
		UWAGA: Obwód szpuli kontroluje odstępy między spiralnymi linkami pływackimi, a długość żyłki określa obszar próbki. W tym przykładzie szpula o średnicy ~8 cali (~20 cm) została użyta do rozstawu linek pływackich o średnicy ~50 cali (~1,3 m). Zobacz 9, aby uzyskać szczegółowe informacje.</li>
		<li>Wybierz zestaw do szpuli z krawędzią kołnierzową (do płynnego prowadzenia żyłki na szpuli i z niej) oraz punktami mocowania uchwytu i tyczki (do kontrolowania wysokości od podłoża). Upewnij się, że zestaw szpulowy jest z natury ujemnie wyporny lub wykonany z dodatkiem obciążników. 
		UWAGA: W tym przykładzie użyto rur z polichlorku winylu (PVC) do uchwytu i drążka, a szpula została wydrukowana w 3D z tworzywa sztucznego z kwasu polimlekowego. Jednak szpula może być tak prosta, jak duża rura PVC lub dowolny inny okrągły przedmiot o pożądanej średnicy.
		<ol>
			<li>Do częstego użytkowania i/lub trudnych warunków terenowych wybierz szpulę wykonaną z bardziej wytrzymałego materiału, takiego jak aluminium.</li>
			<li>Upewnij się, że szpula nie obraca się na tyczce ani nie obraca się podczas użytkowania.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Przymocuj żyłkę do szpuli z jednej strony i do odłączanego klipsa z drugiej, aby podłączyć ją do aparatu. 
		UWAGA: Długość linii określa promień terenu. W tym przypadku użyto 6 m linii dla stanowisk o średnicy 12 m.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Płytki kalibracyjne
	<ol>
		<li>Chociaż specjalistyczne płytki kalibracyjne nie są konieczne, upewnij się, że w modelu do skali znajdują się ujemnie pływające, rozpoznawalne obiekty o znanych rozmiarach. Weź pod uwagę warunki przepięciowe i prądowe, aby upewnić się, że używane są odpowiednie materiały, tak aby płytki pozostały nieruchome podczas zbierania zdjęć. 
		UWAGA: W tym przypadku szablony znaczników skali dostępne jako część niektórych programów zostały wydrukowane na wodoodpornym papierze, który został przymocowany do płytek PCV o grubości 1 cala.</li>
		<li>Nurkowie będą potrzebować środków do zmierzenia głębokości płytki. W naszym przykładzie używamy elektronicznego ogranicznika głębokości (patrz tabela materiałów).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Korekcja kolorów
	<ol>
		<li>Ustaw balans bieli w aparacie na niestandardowy. Zrób zdjęcie 18% szarej karty lub białej karty nurkowej pod wodą przed rozpoczęciem każdego badania SfM. Zrób to za każdym razem, gdy uruchamiana jest nowa witryna. 
		UWAGA: Zdjęcie pozwoli na korekcję kolorów, a także pomoże oddzielić pobrane obrazy z różnych witryn podczas przeprowadzania wielu ankiet tego samego dnia.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Szczegółowe metody
<ol>
	<li>Wybór miejsca
	<ol>
		<li>Wybierz miejsce, w którym jest wystarczająco dużo miejsca, aby przepłynąć cały wzór spirali (~113 m2 w tym przykładzie). Oprócz obszaru, który jest badany, należy uwzględnić mały obszar buforowy, aby zapewnić, że cały obszar badania jest wystarczająco sfotografowany, aby uzyskać dane wysokiej jakości.</li>
		<li>Weź pod uwagę umiejętności i wyposażenie dwuosobowego zespołu. Płytkie miejsca (< ~2 m) można badać na fajce, podczas gdy głębsze miejsca mogą wymagać SCUBA.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Jeśli planujesz wielokrotne regularne badanie terenu, zaznacz środkowy punkt, w którym zostanie umieszczony zestaw szpulowy, za pomocą znacznika lub stałej konstrukcji (np. pręta zbrojeniowego lub bloku żużlowego). Weź co najmniej współrzędne globalnego systemu pozycjonowania, aby można było przenieść miejsce z pomocą wydruku ortomozaiki. 
	UWAGA: Stałe konstrukcje podwodne zazwyczaj wymagają pozwolenia.</li>
	<li>Przygotuj witrynę.
	<ol>
		<li>Ustaw szpulę na środku witryny.</li>
		<li>Ustaw płytki kalibracyjne i zapisz ich głębokość. Umieść płytki kalibracyjne stroną zadrukowaną do góry, w odległości ~2 m od środka. 
		UWAGA: W tym przykładzie 3 płytki kalibracyjne zostały umieszczone w trójkącie wokół środka witryny. Płytki kalibracyjne powinny być odpowiednio wyważone i ustawione, aby zapewnić minimalny ruch podczas zbierania zdjęć.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Poinstruuj pływaka, aby pływał z aparatem, podczas gdy asystent będzie zajmował się szpulą.
	<ol>
		<li>Asystent ustawia tyczkę i dołączoną szpulę pionowo na środku wybranego miejsca i utrzymuje zestaw szpulowy w pozycji pionowej i nieruchomej.</li>
		<li>Upewnij się, że pływak przymocuje stronę aparatu najbliżej szpuli do żyłki i trzyma kamerę skierowaną prosto w dół ~1 m od bentosu. 
		UWAGA: Jeśli pływak musi przechylić aparat, postaraj się, aby był lekko przechylony do przodu, a nie do tyłu, aby uniknąć robienia zdjęć w cieniu pływaka. Przechylenie kamery lekko do przodu zarówno w przypadku spirali skierowanej na zewnątrz, jak i spirali powrotnej, może również uchwycić lepsze kąty bentosu i uzyskać lepsze modele, zwłaszcza gdy występują zwisy i otwory.</li>
		<li>Po prawidłowym ustawieniu kamery pływak zaczyna robić ciągłe zdjęcia bentosu podczas pływania do przodu i utrzymywania napięcia na linie.</li>
		<li>Upewnij się, że pływak kontynuuje pływanie po spirali ze stałą prędkością podczas robienia zdjęć, aż linka zostanie całkowicie odwinięta ze szpuli. 
		UWAGA: Pływak powinien starać się zachować stałą odległość ~ 1 m nad bentosem i pływać spiralą w umiarkowanym tempie, aby zapewnić wystarczające zachodzenie na siebie obrazów. W razie wątpliwości wolniej znaczy lepiej.</li>
		<li>W środowiskach o dużej pofałdowaniu (np. rafy koralowe) należy zatrudnić trzeciego pracownika (drugiego asystenta), który może zapobiec splątaniu się liny, unosząc się nad środkiem liny i delikatnie unosząc ją nad przeszkodami.</li>
		<li>Gdy żyłka jest całkowicie rozwinięta, pływak zmienia kierunki, w razie potrzeby ponownie mocując aparat, a następnie pływa aparatem w przeciwnym kierunku, aby rozpocząć ponowne nawijanie żyłki z powrotem na szpulę podczas robienia zdjęć. UWAGA: Pływanie po odwróconej spirali nie jest absolutnie konieczne, ale zazwyczaj daje lepsze modele.</li>
		<li>Jeśli pożądana jest pojedyncza metoda spirali w celu zaoszczędzenia czasu, pływak odczepi żyłkę od kamery i przejdzie do kroku 2.4.12, podczas gdy asystent nawija żyłkę i usuwa zestaw szpulowy z miejsca.</li>
		<li>Gdy tylko pływak zacznie pływać w przeciwnym kierunku, asystent obraca szpulę, aby nawinąć żyłkę o 1/2 obrotu (180°) w kierunku przeciwnym do nowego kierunku pływania. Ten obrót o 1/2 zapewnia, że ścieżka powrotna pływaka jest przesunięta w stosunku do pierwotnej ścieżki, aby zapewnić większe pokrycie fotograficzne miejsca.</li>
		<li>Upewnij się, że pływak kontynuuje robienie zdjęć i pływaj odwróconą spiralą, aż żyłka zostanie prawie całkowicie nawinięta wokół szpuli.</li>
		<li>Gdy odstępy między pływakiem a asystentem uniemożliwiają dalszy postęp, pływak przestanie robić zdjęcia, aby odłączyć kamerę od żyłki i umożliwić asystentowi wyjęcie zestawu szpulowego ze środka miejsca.</li>
		<li>Po wyjęciu szpuli z miejsca pływak obrazuje środek miejsca, trzymając kamerę skierowaną prosto w dół i przesuwając kamerę w małym spiralnym wzorze nad środkiem miejsca.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Oczyść stronę.
<ol>
	<li>Odbierz płytki kalibracyjne i wszelki inny sprzęt przed opuszczeniem terenu. 
	UWAGA: Nigdy nie zostawiaj śmieci ani sprzętu na miejscu. Zawsze zostawiaj witrynę czystszą niż ją zastałeś.</li>
</ol>

<ol><li>Levy, J., Hunter, C., Lukacazyk, T., Franklin, E. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessing+the+spatial+distribution+of+coral+bleaching+using+small+unmanned+aerial+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Coral+Reefs%22%5BJournal%5D)">Assessing the spatial distribution of coral bleaching using small unmanned aerial systems.</a> Coral Reefs. 37 (2), 373-387 (2018).</li>
<li>Muller-Karger, F. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Satellite+sensor+requirements+for+monitoring+essential+biodiversity+variables+of+coastal+ecosystems%5BTitle%5D)+AND+%22Ecological+Applications%22%5BJournal%5D)">Satellite sensor requirements for monitoring essential biodiversity variables of coastal ecosystems.</a> Ecological Applications. 28 (3), 749-760 (2018).</li>
<li>Dornelas, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Towards+a+macroscope%3A+Leveraging+technology+to+transform+the+breadth%2C+scale+and+resolution+of+macroecological+data%5BTitle%5D)+AND+%22Global+Ecology+and+Biogeography%22%5BJournal%5D)">Towards a macroscope: Leveraging technology to transform the breadth, scale and resolution of macroecological data.</a> Global Ecology and Biogeography. 28, 1937-1948 (2019).</li>
<li>Burns, J. H. R., Delparte, D., Gates, R. D., Takabayashi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integrating+structure-from-motion+photogrammetry+with+geospatial+software+as+a+novel+technique+for+quantifying+3D+ecological+characteristics+of+coral+reefs%5BTitle%5D)+AND+%22PeerJ%22%5BJournal%5D)">Integrating structure-from-motion photogrammetry with geospatial software as a novel technique for quantifying 3D ecological characteristics of coral reefs.</a> PeerJ. 2015 (3), 1077(2015).</li>
<li>House, J. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Moving+to+3D%3A+Relationships+between+coral+planar+area%2C+surface+area+and+volume%5BTitle%5D)+AND+%22PeerJ%22%5BJournal%5D)">Moving to 3D: Relationships between coral planar area, surface area and volume.</a> PeerJ. 2018 (6), 4280(2018).</li>
<li>Carlot, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Community+composition+predicts+photogrammetry-based+structural+complexity+on+coral+reefs%5BTitle%5D)+AND+%22Coral+Reefs%22%5BJournal%5D)">Community composition predicts photogrammetry-based structural complexity on coral reefs.</a> Coral Reefs. , 1-9 (2020).</li>
<li>Young, G. C., Dey, S., Rogers, A. D., Exton, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cost+and+time-effective+method+for+multi-scale+measures+of+rugosity%2C+fractal+dimension%2C+and+vector+dispersion+from+coral+reef+3D+models%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+ONE%22%5BJournal%5D)">Cost and time-effective method for multi-scale measures of rugosity, fractal dimension, and vector dispersion from coral reef 3D models.</a> PloS ONE. 12 (4), 0175341(2017).</li>
<li>Wilson, S. K., Robinson, J. P. W., Chong-Seng, K., Robinson, J., Graham, N. A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Boom+and+bust+of+keystone+structure+on+coral+reefs%5BTitle%5D)+AND+%22Coral+Reefs%22%5BJournal%5D)">Boom and bust of keystone structure on coral reefs.</a> Coral Reefs. 38 (4), 625-635 (2019).</li>
<li>Pizarro, O., Friedman, A., Bryson, M., Williams, S. B., Madin, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+simple%2C+fast%2C+and+repeatable+survey+method+for+underwater+visual+3D+benthic+mapping+and+monitoring%5BTitle%5D)+AND+%22Ecology+and+Evolution%22%5BJournal%5D)">A simple, fast, and repeatable survey method for underwater visual 3D benthic mapping and monitoring.</a> Ecology and Evolution. 7 (6), 1770-1782 (2017).</li>
<li>Torres-Pulliza, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+geometric+basis+for+surface+habitat+complexity+and+biodiversity%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Ecology+%26+Evolution%22%5BJournal%5D)">A geometric basis for surface habitat complexity and biodiversity.</a> Nature Ecology & Evolution. 4, 1495-1501 (2020).</li>
<li>Bayley, D., Mogg, A., Koldewey, H., Purvis, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Capturing+complexity%3A+field-testing+the+use+of+%27structure+from+motion%27derived+virtual+models+to+replicate+standard+measures+of+reef+physical+structure%5BTitle%5D)+AND+%22PeerJ%22%5BJournal%5D)">Capturing complexity: field-testing the use of 'structure from motion'derived virtual models to replicate standard measures of reef physical structure.</a> PeerJ. 2019 (7), 6540(2019).</li>
<li>Leon, J. X., Roelfsema, C. M., Saunders, M. I., Phinn, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+coral+reef+terrain+roughness+using+%27Structure-from-Motion%27+close-range+photogrammetry%5BTitle%5D)+AND+%22Geomorphology%22%5BJournal%5D)">Measuring coral reef terrain roughness using 'Structure-from-Motion' close-range photogrammetry.</a> Geomorphology. 242, 21-28 (2015).</li>
<li>Burns, J. H. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessing+the+impact+of+acute+disturbances+on+the+structure+and+composition+of+a+coral+community+using+innovative+3D+reconstruction+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+in+Oceanography%22%5BJournal%5D)">Assessing the impact of acute disturbances on the structure and composition of a coral community using innovative 3D reconstruction techniques.</a> Methods in Oceanography. 15-16, 49-59 (2016).</li>
<li>Edwards, C. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-area+imaging+reveals+biologically+driven+non-random+spatial+patterns+of+corals+at+a+remote+reef%5BTitle%5D)+AND+%22Coral+Reefs%22%5BJournal%5D)">Large-area imaging reveals biologically driven non-random spatial patterns of corals at a remote reef.</a> Coral Reefs. 36, 1291-1305 (2017).</li>
<li>Piazza, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Underwater+photogrammetry+in+Antarctica%3A+long-term+observations+in+benthic+ecosystems+and+legacy+data+rescue%5BTitle%5D)+AND+%22Polar+Biology%22%5BJournal%5D)">Underwater photogrammetry in Antarctica: long-term observations in benthic ecosystems and legacy data rescue.</a> Polar Biology. 42 (6), 1061-1079 (2019).</li>
<li>Bonney, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Citizen+science%3A+A+developing+tool+for+expanding+science+knowledge+and+scientific+literacy%5BTitle%5D)+AND+%22BioScience%22%5BJournal%5D)">Citizen science: A developing tool for expanding science knowledge and scientific literacy.</a> BioScience. 59 (11), 977-984 (2009).</li>
<li>Dickinson, J. L., Zuckerberg, B., Bonter, D. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Citizen+science+as+an+ecological+research+tool%3A+Challenges+and+benefits%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Ecology%2C+Evolution%2C+and+Systematics%22%5BJournal%5D)">Citizen science as an ecological research tool: Challenges and benefits.</a> Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. 41 (1), 149-172 (2010).</li>
<li>Storlazzi, C. D., Dartnell, P., Hatcher, G., Gibbs, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((End+of+the+chain%3F+Rugosity+and+fine-scale+bathymetry+from+existing+underwater+digital+imagery+using+structure-from-motion+%28SfM%29+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Coral+Reefs%22%5BJournal%5D)">End of the chain? Rugosity and fine-scale bathymetry from existing underwater digital imagery using structure-from-motion (SfM) technology.</a> Coral Reefs. 35 (3), 889-894 (2016).</li>
<li>Ventura, D., Lasinio, G. J., Belluscio, A., Ardizzone, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+low-cost+drone+based+application+for+identifying+and+mapping+of+coastal+fish+nursery+grounds+Feeding+ecology+View+project+Habitat+use+of+juvenile+Diplodus+species+View+project%5BTitle%5D)+AND+%22Estuarine+Coastal+and+Shelf+Science%22%5BJournal%5D)">A low-cost drone based application for identifying and mapping of coastal fish nursery grounds Feeding ecology View project Habitat use of juvenile Diplodus species View project.</a> Estuarine Coastal and Shelf Science. 171, 85-98 (2016).</li>
<li>Ventura, D., Bonifazi, A., Gravina, M. F., Belluscio, A., Ardizzone, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mapping+and+classification+of+ecologically+sensitive+marine+habitats+using+unmanned+aerial+vehicle+%28UAV%29+imagery+and+object-based+image+analysis+%28OBIA%29%5BTitle%5D)+AND+%22Remote+Sensing%22%5BJournal%5D)">Mapping and classification of ecologically sensitive marine habitats using unmanned aerial vehicle (UAV) imagery and object-based image analysis (OBIA).</a> Remote Sensing. 10 (9), 1331(2018).</li>
<li>George, E. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Relevance+of+coral+geometry+in+the+outcomes+of+the+coral-algal+benthic+war%5BTitle%5D)+AND+%22bioRxiv%22%5BJournal%5D)">Relevance of coral geometry in the outcomes of the coral-algal benthic war.</a> bioRxiv. , (2018).</li>
<li>Anelli, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Towards+new+applications+of+underwater+photogrammetry+for+investigating+coral+reef+morphology+and+habitat+complexity+in+the+Myeik+Archipelago%2C+Myanmar%5BTitle%5D)+AND+%22Geocarto+International%22%5BJournal%5D)">Towards new applications of underwater photogrammetry for investigating coral reef morphology and habitat complexity in the Myeik Archipelago, Myanmar.</a> Geocarto International. 34 (5), 459-472 (2017).</li>
<li>Suka, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Processing+photomosaic+imagery+of+coral+reefs+using+structure-from-motion+standard+operating+procedures%5BTitle%5D)+AND+%22U.S.+Dept.+of+Commerce%2C+NOAA+Technical+Memorandum+NOAA-TM-NMFS-PIFSC-93%22%5BJournal%5D)">Processing photomosaic imagery of coral reefs using structure-from-motion standard operating procedures.</a> U.S. Dept. of Commerce, NOAA Technical Memorandum NOAA-TM-NMFS-PIFSC-93. , (2019).</li>
<li>Galtier d'Auriac, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Before+platelets%3A+the+production+of+platelet-activating+factor+during+growth+and+stress+in+a+basal+marine+organism%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Royal+Society+B%3A+Biological+Sciences%22%5BJournal%5D)">Before platelets: the production of platelet-activating factor during growth and stress in a basal marine organism.</a> Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 285 (1884), 20181307(2018).</li>
<li>Bouslimani, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+cartography+of+the+human+skin+surface+in+3D%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Molecular cartography of the human skin surface in 3D.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (17), 2120-2129 (2015).</li>
<li>Protsyuk, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+molecular+cartography+using+LC-MS+facilitated+by+Optimus+and+%27ili+software%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Protocols%22%5BJournal%5D)">3D molecular cartography using LC-MS facilitated by Optimus and 'ili software.</a> Nature Protocols. 13 (1), 134-154 (2018).</li>
</ol>

Autorzy nie mają konkurencyjnych interesów finansowych ani innych konfliktów interesów.

Badanie to pokazuje, że zarówno lustrzanka cyfrowa, jak i kamera sportowa wytwarzają modele o rozdzielczości lepszej niż 0,5 mm/piksel w czasie krótszym niż 10 godzin przetwarzania na standardowym komputerze stacjonarnym. Głównym kompromisem między lustrzanką cyfrową a kamerą akcji, oprócz kosztów, jest odpowiednio lepsza rozdzielczość i szybszy czas przetwarzania. Jednak raportowane czasy przetwarzania obejmują tylko przetwarzanie obliczeniowe. Tak więc, chociaż czas obliczeniowy jest krótszy w przypadku kamery sportowej, znaczna ilość czasu (10-20 minut) jest zainwestowana w ekstrakcję obrazu z filmów, która nie jest wymagana w przypadku lustrzanki cyfrowej. Alternatywą jest użycie kamery sportowej w trybie zdjęć seryjnych, aby uniknąć wyodrębniania obrazu. Tryb zdjęć seryjnych nie został użyty w tym przykładzie, ponieważ kamera sportowa może fotografować tylko z prędkością 2 kl./s, co wymaga znacznie wolniejszego tempa pływania, aby zebrać wystarczającą liczbę obrazów do zbudowania kompletnego modelu. W związku z tym istnieje kompromis między dłuższym czasem w terenie w trybie zdjęć seryjnych a dłuższym czasem spędzonym na komputerze, wyodrębnianiu obrazów, podczas korzystania z trybu wideo.
Zalety kamery sportowej to przystępna cena oraz łatwość transportu i obsługi pod wodą. Główną zaletą lustrzanki cyfrowej jest to, że tworzy obrazy o wyższej rozdzielczości; dlatego lustrzanki cyfrowe są zalecane zamiast kamer sportowych, gdy te pierwsze nie są zbyt drogie. Rodzaje pytań, na które stara się odpowiedzieć badanie, będą również ważne przy określaniu zastosowanej metody. Na przykład kamera sportowa może być preferowana w środowiskach, które są stosunkowo jednorodne (np. Trawa morska, martwe siedliska koralowców/gruzów) lub w których oceniane są tylko szerokie wskaźniki społeczności (takie jak obfitość, różnorodność) w dużych skalach przestrzennych. Jednak lustrzanka cyfrowa może być stosowana w przypadkach, gdy interesujące jest śledzenie zmian na dużą skalę w poszczególnych organizmach lub substratach.
Ponieważ jest to metoda terenowa, wyniki modelu będą zależeć od różnych czynników środowiskowych, takich jak oświetlenie, przejrzystość wody, warunki powierzchniowe, wielkość przypływu i ruch ryb lub niestacjonarnych struktur bentosowych (np. trawy morskiej). Chociaż nie ma bezwzględnych progów, kiedy należy stosować tę metodę, lekko pochmurne dni z wysoką przejrzystością wody, spokojnymi warunkami powierzchniowymi i niewielkim przypływem zazwyczaj dają najlepsze modele. Ponadto istnieje ograniczenie minimalnej głębokości wymaganej dla tych metod. Metody te nie sprawdzają się dobrze w warunkach, w których woda znajduje się mniej niż 0,5 m ze względu na niewielkie nakładanie się zdjęć i mniejszą liczbę cech wyróżniających na zdjęciu. Podkreśla to jednak inną zaletę kamer sportowych, tj. są one mniejsze, a co za tym idzie, łatwiejsze w użyciu na płytszych głębokościach. Co więcej, mniejsza średnica szpuli i większa liczba klatek na sekundę (lub obiektyw szerokokątny) mogą poprawić nakładanie się obrazów w bardzo płytkich warunkach9.
Z tym podejściem można zintegrować wiele innych typów danych. Na przykład ortomozaiki zostały wykorzystane do pokazania gęstości przestrzennej danych molekularnych (np. genów i metabolitów) na koralowcach24 i ludziach25 za pomocą oprogramowania open source "ili"26. Ta sama platforma może być również wykorzystana do mapowania zagęszczenia przestrzennego zwierząt, mikroorganizmów, wirusów i/lub substancji chemicznych w środowisku. W innych przykładach wykorzystano SfM do przestrzennego opisywania gatunków bentosowych na ortomozaikach za pomocą oprogramowania systemu informacji geograficznej10. Co więcej, modele 3D wygenerowane przez SfM można wykorzystać do oszacowania cech siedliska, takich jak chropowatość i wymiar fraktalny. Rzeczywiście, przedstawione tu metody zostały niedawno wykorzystane do wyprowadzenia nowej teorii geometrycznej powierzchni siedlisk10. Wreszcie, ortomozaiki są używane jako powierzchnie wejściowe dla przestrzennie jawnych modeli obliczeniowych, co pozwala na nakładanie dynamicznych symulacji na powierzchnię 3D modelu. Możliwość łatwego generowania dużych obrazów i reprezentacji 3D siedlisk bentosowych pozwoliła naukowcom zajmującym się morzem odpowiedzieć na niewyobrażalne dotąd pytania3.
Ogólnie rzecz biorąc, oto szczegółowy protokół do przeprowadzania podwodnej fotogrametrii SfM za pomocą lustrzanek cyfrowych lub bardziej opłacalnych kamer sportowych. Metody te mogą być wykorzystywane przez naukowców do szerokiego zakresu celów, od pozyskiwania danych o ekosystemach bentosowych po opracowywanie powierzchni wejściowych 3D do symulacji in silico . Jednak protokoły te mogą być również wykorzystywane przez osoby niebędące naukowcami w ramach wysiłków nauki obywatelskiej w celu gromadzenia cennych informacji na temat wzorców różnorodności biologicznej, złożoności siedlisk, struktury społeczności i innych wskaźników ekologicznych.

Procesy ekosystemowe są naturalnie dynamiczne i mogą być trudne do oszacowania. W ciągu ostatniej dekady nastąpił gwałtowny wzrost nowych technologii uchwycenia ekosystemów i ich dynamiki w różnych skalach, od skanowania laserowego 3D poszczególnych cech ekosystemu po teledetekcję satelitarną dużych obszarów1,2,3. W siedliskach bentosowych struktura jest ściśle związana z funkcją ekosystemu8, co sprawia, że narzędzia, które jednocześnie pozwalają na monitorowanie geometrii i struktury zbiorowisk, są szczególnie cenne dla zrozumienia dynamiki ekologicznej. Jednak wielu nowoczesnych podejść nie można zastosować w systemach wodnych ze względu na właściwości fizyczne wody (np. załamanie, zniekształcenie, zmętnienie). Techniki, takie jak LiDAR (Light Detection and Ranging) i niektóre metody badań lotniczych, mogą być odpowiednie w dużych skalach przestrzennych, ale nie mogą uzyskać rozdzielczości potrzebnej do oceny drobnych zmian w siedliskach bentosowych. Metody fotogrametrii Structure-from-Motion (SfM) zostały ostatnio zaadaptowane do tworzenia wielkoskalowych, wysokorozdzielczych ortomozaik i modeli powierzchniowych 3D podwodnych siedlisk4,5,6,7.
Fotogrametria SfM to stosunkowo tania, prosta, nieinwazyjna i powtarzalna metoda, która pozwala na generowanie wielkoskalowych, wysokorozdzielczych zapisów środowiska bentosowego w ekosystemach wodnych9. SfM wykorzystuje sekwencję obrazów 2D do generowania rekonstrukcji modeli 3D. Modele wygenerowane z SfM mogą być używane do zbierania danych na temat złożoności strukturalnej (np. chropowatości, wymiarowości)4,5,10,11,12 i struktury społeczności (np. skład gatunkowy, demografia populacji)13,14,15 ekosystemów bentosowych. Co więcej, ponieważ metoda ta jest stosunkowo niedroga, szybka i powtarzalna, może być używana zarówno przez naukowców, jak i osoby niebędące naukowcami do zbierania cennych, obiektywnych informacji na temat tych ekosystemów. Dlatego metoda ta jest realną techniką do wykorzystania w projektach nauki obywatelskiej, w których standaryzacja wysiłku związanego z próbkowaniem, minimalizacja stronniczości, zaangażowanie uczestników i łatwość szkolenia mają kluczowe znaczenie dla jakości danych i ogólnego sukcesu16,17.
Ten artykuł zawiera szczegółowy protokół do przeprowadzania podwodnych badań SfM. Jednocześnie porównano użycie lustrzanki cyfrowej z bardziej opłacalną "kamerą sportową" i przedstawiono względne zalety i wady każdej z nich. Ogólnym celem jest jak najszybsze zapoznanie naukowców i osób niebędących naukowcami z metodami badania bentosu SfM poprzez zapewnienie prostego, powszechnie stosowanego protokołu, co z kolei promuje szersze stosowanie tej metody. Przykłady badań, w których zastosowano różne warianty tej metody do badania podwodnych zbiorowisk ekologicznych, można znaleźć w Burns et al. (2015)4, Storlazzi et al. (2016)18, Ventura et al (2016 i 2018)19,20, Edwards et al. (2017)14, George et al. (2018)21, Anelli et al. (2019)22 oraz Torres-Pulliza i in. (2020)10.
Opisana tutaj metoda wymaga dwuosobowego zespołu nurkującego lub nurkowego. Po wybraniu miejsca badania, szpula linii (<silna klasa="xfig">Rysunek 1A) jest umieszczana w środku stanowiska, a płytki kalibracyjne (<silna klasa="xfig">Rysunek 1B) są rozmieszczone ~2 m od środka. Jedna osoba (pływak) pływa z kamerą i robi zdjęcia miejsca, podczas gdy druga osoba (asystent) opiekuje się szpulą w środku wykresu (<silna klasa="xfig">Rysunek 1C). Najpierw pływak łączy aparat ze szpulą za pomocą żyłki, a następnie zaczyna robić ciągłe zdjęcia bentosu podczas pływania twarzą w dół i do przodu, aby odwinąć żyłkę ze szpuli. Pływak powinien przez cały czas utrzymywać odległość pionową ~1 m nad podłożem, dostosowując swoją pozycję do topografii terenu podczas pływania. Co ważne, linka łącząca szpulę i kamerę powinna pozostać napięta przez cały czas, aby stworzyć równomierne odstępy w spirali, gdy pływak bada działkę. Asystent utrzymuje szpulę w stabilnej, pionowej pozycji i dba o to, aby szpula się nie obracała, a żyłka nie plątała się.
Gdy linka zostanie całkowicie rozwinięta, pływak zatrzymuje się, obraca i płynie w przeciwnym kierunku, aby odrzucić linkę wokół szpuli. Gdy pływak zmienia kierunek, asystent obraca szpulę, aby nawinąć żyłkę, dokładnie o 180°, aby zapobiec dokładnemu nakładaniu się ścieżki odpływowej. Gdy pływak znajdzie się jak najbliżej środka, kamera jest odłączana od linki, a asystent bierze szpulę i żyłkę i odpływa od środkowej części miejsca. Następnie pływak kończy obrazowanie środka wykresu, przesuwając kamerę w małej spirali nad środkiem. Chociaż istnieje kilka sposobów na skuteczne zobrazowanie obszaru, opisana tutaj metoda szpuli i żyłki jest skuteczna nawet w nieidealnych warunkach środowiskowych, w których wzburzone wody powierzchniowe, fale lub słaba widoczność mogą w przeciwnym razie utrudniać gromadzenie danych. W tych scenariuszach ta metoda utrzymuje snorkelerów/nurków w przyczepie i zapewnia duże nakładanie się obrazów, utrzymując pływaka na kontrolowanej ścieżce.

<table><tbody><tr><td>Kamera sportowa (GoPro Hero7 Black)</td><td>GoPro</td><td></td><td>Może być dowolną wodoodporną kamerą sportową</td></tr><tr><td>Adobe Lightroom</td><td>Adobe</td><td></td><td>Korekcja kolorów</td></tr><tr><td>Płytki kalibracyjne (płaska płyta PCV przycięta na wymiar dla celów Agisoft. Przymocuj ciężarek nurkowy pod spodem, jeśli spodziewasz się fal)</td><td></td><td></td><td>Każdy obiekt o ujemnej pływalności o znanym rozmiarze i kolorze. Zalecamy korzystanie z szablonów znaczników skali dostępnych w oprogramowaniu Agisoft Metashape (v.1.6.0).</td></tr><tr><td>Lustrzanka cyfrowa (Canon EOS Rebel SL3</td>) <td>Canon</td><td>3453C002AA</td><td>Może to być dowolna lustrzanka cyfrowa w podwodnej obudowie</td></tr><tr><td>Linia (plastikowy filament do sznurka do ubrań)</td><td></td><td></td><td>Dowolna ujemnie wyporna linia, która jest wystarczająco mocna, aby wytrzymać użytkowanie w terenie</td></tr><tr><td>Karta pamięci Micro SDXC (dla GoPro)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Oceanic Veo 2.0</td><td>Oceanic</td><td></td><td>Cyfrowy głębokościomierz</td></tr><tr><td>Karta pamięci SDXC (dla DSLR)</td><td></td><td></td><td>Każda karta pamięci SDXC powinna działać, o ile jest wystarczająco dużo miejsca, aby pomieścić wszystkie zdjęcia niezbędne do zbudowania modelu&nbsp;</td></tr><tr><td>Szpula (2-calowy odcinek rury PVC o średnicy 8 cali, która została przymocowana do 3-metrowego odcinka 1-calowej rury PVC w celu utworzenia trzpienia</td><td></td><td></td><td>Dowolny ujemnie wyporny, okrągły przedmiot o pożądanej średnicy</td></tr><tr><td>Obudowa kamery podwodnej do lustrzanki cyfrowej (Ikelite 200DLM/C Podwodna obudowa TTL)</td><td>Ikelite</td><td>6970.09</td><td>Powinna być specjalną obudową wodną dla marki i modelu</td></tr> <tr><td>DSLRKomputer stacjonarny z systemem Windows 10 z 8-rdzeniowym procesorem Intel i9-9900K, dwoma procesorami graficznymi Nvidia GeForceRTX 2070 SUPER i 128 GB pamięci RAM.</td><td></td><td></td><td>Przetwarzanie&nbsp;</td></tr></tbody></table>

podstawa terenowa do monitorowania ekosystemów bentosowych za pomocą fotogrametrii struktury z ruchu

A Field Primer for Monitoring Benthic Ecosystems Using Structure-From-Motion Photogrammetry

Fotogrametria struktury z ruchu (SfM) to technika używana do generowania trójwymiarowych (3D) rekonstrukcji z sekwencji dwuwymiarowych (2D) obrazów. Metody SfM stają się coraz bardziej popularne jako nieinwazyjny sposób monitorowania wielu systemów, w tym krajobrazów antropogenicznych i naturalnych, struktur geologicznych oraz ekosystemów lądowych i wodnych. W tym miejscu udostępniono szczegółowy protokół zbierania obrazów SfM w celu wygenerowania modeli 3D siedlisk bentosowych. Ponadto porównano koszt, oszczędność czasu i jakość wyjściową zastosowania lustrzanki cyfrowej z jednym obiektywem (DSLR) w porównaniu z tańszą kamerą sportową. Zaobserwowano kompromis między czasem obliczeniowym a rozdzielczością, przy czym lustrzanka cyfrowa produkowała modele o ponad dwukrotnie większej rozdzielczości, ale produkcja trwała około 1,4 raza dłużej niż kamera sportowa. Niniejszy elementarz ma na celu zapewnienie dokładnego opisu kroków niezbędnych do zebrania danych SfM w siedliskach bentosowych dla tych, którzy nie są zaznajomieni z tą techniką, a także dla tych, którzy już stosują podobne metody.

W tym przykładzie wykonano obrazowanie stanowiska rafy koralowej 2_7 położonego na rafie typu patch reef 13 w zatoce Kāneʻohe, Oʻahu, Hawaje, uzyskując 3125 zdjęć JPEG z aparatu lustrzankowego oraz 3125 zrzutów ramek JPEG z nagrania wideo kamery akcji (Tabela 1zostały wykorzystane jako dane wejściowe do tworzenia ortomozajek i modeli 3D. Ogólny przepływ pracy składał się z 5 etapów: 1) wyrównanie zdjęć w celu wygenerowania rzadkiej chmury punktów, 2) skalowanie rzadkiej chmury punktów i optymalizacja położeń kamer, 3) budowa gęstej chmury punktów (na tym etapie generowane były również mapy głębi), 4) tworzenie numerycznego modelu powierzchni (DEM) i ortomozaike, oraz 5) generowanie modelu 3D i tekstury. Należy zauważyć, że etapy 4 i 5 nie muszą być wykonywane koniecznie w tej kolejności, lecz muszą zostać przeprowadzone po przetworzeniu gęstej chmury punktów i map głębi. Georeferencjonowanie modeli powinno zostać wykonane przed wygenerowaniem ortomozaike i modelu DEM. Ustawienia używane dla tych etapów oraz szczegóły przetwarzania przedstawiono w Tabela 2 i Spis materiałówodpowiednio.
Aby uzyskać bardziej szczegółowe informacje na temat tworzenia modeli 3D i ortomozaikek, zobacz Materiały dodatkowe oraz Suka et al.23. Czas przetwarzania był krótszy dla modelu uzyskanego z kamery akcji na każdym etapie, w tym generowaniu chmury punktów rzadkiej i gęstej, renderowaniu modelu siatki oraz renderowaniu modelu teksturalnego. Skutkowało to znacznie krótszym całkowitym czasem przetwarzania modelu z kamery akcji (6 h 39 min) w porównaniu z modelem z kamery lustrzanki (9 h 14 min). Dokładny czas przetwarzania modelu zależy od mocy obliczeniowej i konkretnych ustawień sprzętu.
Model wygenerowany przy użyciu obrazów z kamery lustrzankowej zawierał 2 848 358 punktów chmury rzadkiej i 787 450 347 punktów chmury gęstej, podczas gdy model wygenerowany z obrazów kamery akcji zawierał jedynie 2 630 543 punkty chmury rzadkiej i 225 835 648 punktów chmury gęstej. Skutkowało to tym, że modele z kamery lustrzankowej miały ponad dwukrotnie wyższą rozdzielczość niż modele z kamery akcji, z rozdzielczościami ortomozaiek wynoszącymi odpowiednio 0,442 i 0,208 mm/piksel dla modeli pochodzących z kamery lustrzankowej i kamery akcji (Tabela 1). Mimo lepszej rozdzielczości modelu z kamery lustrzankowej w porównaniu z modelem z kamery akcji, obie metody pozwoliły na wytworzenie modeli wysokiej jakości, z niewielkimi różnicami w prezentacji wizualnej, gdy obszar rafy o powierzchni ~113 m2 został przedstawiony jako dwuwymiarowy model numeryczny wysokości terenu o powierzchni 20 cm2 (Rycina 2 górne panele) lub jako dwuwymiarowa projekcja ortomozaiek (Rycina 2 środkowe panele).
<img alt="Układ fotogrametrii podwodnej; A) zestaw aparatu, B) tarcze kalibracji kolorów, C) diagram pozycjonowania nurka." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61815/61815fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Figure 1"> 
Rysunek 1: Fotogrametria typu „struktura z ruchu” (Structure-from-Motion). (A) Przykład wózka z szpulą do kontrolowania odległości pływaka, wyposażonego w uchwyt i drążek umożliwiające precyzyjne pozycjonowanie i wygodne trzymanie. (B) Płytki kalibracyjne. (C) Schemat trasy pływania z zaznaczeniem względnych pozycji pływaka (zielony) i asystenta (pomarańczowy). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61815/61815fig01large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Mapy wysokości raf koralowych i szczegóły makroskopowe porównujące techniki fotograficzne DSLR i GoPro w badaniach morskich." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61815/61815fig02.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rycina 2"> 
Rycina 2: Wizualne porównanie modeli numerycznych powierzchni i ortomozajek. Modele numeryczne powierzchni (u góry) i ortomozajki (w środku) utworzone na podstawie obrazów z aparatu DSLR (po lewej) i kamery akcji (po prawej). Dolny panel przedstawia powiększenie obszarów w białych ramkach na ortomozajkach. Skale map cieplnych na górnym panelu reprezentują odległość od powierzchni wody w metrach (m). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61815/61815fig02large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td></td>
			<td>Canon EOS Rebel SL3</td>
			<td>GoPro Hero 7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Koszt</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aparat</td>
			<td>~$600.00</td>
			<td>~$220.00</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Obudowa podwodna</td>
			<td>~$1 700,00</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Całkowity koszt</td>
			<td>~$2 300,00</td>
			<td>~$220,00</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zdjęcia</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Format pliku zdjęcia</td>
			<td>jpeg</td>
			<td>jpeg</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rozdzielczość zdjęcia</td>
			<td>24 megapiksele</td>
			<td>12 megapikseli (z wideo 4K)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wyrównane zdjęcia / wszystkie zdjęcia</td>
			<td>3125 / 3125</td>
			<td>3125 / 3125</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metryki fotogrametrii</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Punkty chmury rzadkiej</td>
			<td>2 848 358</td>
			<td>2 630 543</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Punkty chmury gęstej</td>
			<td>787 450 347</td>
			<td>225 835 648</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ściany (model 3D)</td>
			<td>11 919 451</td>
			<td>3 834 651</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rozdzielczość modelu cyfrowej powierzchni terenu (DEM)</td>
			<td>0,831 mm/piksel</td>
			<td>1,77 mm/piksel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rozdzielczość ortomozaiki</td>
			<td>0,208 mm/piksel</td>
			<td>0,442 mm/piksel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Czasy przetwarzania</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Generowanie chmury rzadkiej</td>
			<td>1 godz. 23 min</td>
			<td>1 godz. 27 min</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Generowanie chmury gęstej</td>
			<td>4 godz.</td>
			<td>3 godz. 11 min</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Renderowanie modelu siatki</td>
			<td>3 godz. 32 min</td>
			<td>1 godz. 49 min</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Renderowanie tekstury</td>
			<td>19 min</td>
			<td>12 min</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Całkowity czas przetwarzania komputerowego</td>
			<td>9 godz. 14 min</td>
			<td>6 godz. 39 min</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 1: Szczegółowe informacje o kosztach przygotowania, zdjęciach użytych do budowy modeli, metrykach fotogrametrycznych oraz czasie przetwarzania. Przetwarzanie wykonano przy użyciu tych samych ustawień dla obu modeli. Należy pamiętać, że czas przetwarzania nie obejmuje czasu potrzebnego na różne etapy, takie jak edycja zdjęć, wyodrębnianie obrazów z filmu, ponowne wyrównywanie zdjęć oraz edycję i skalowanie modeli.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td></td>
			<td>Canon EOS Rebel SL3</td>
			<td>GoPro Hero 7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Obrazy</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Średni rozmiar pliku</td>
			<td>~ 8,3 MB</td>
			<td>~ 4,7 MB</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pozyskiwanie zdjęć</td>
			<td>Tryb ciągły</td>
			<td>Wyodrębnione z wideo 4K</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Korekcja kolorów</td>
			<td>Ręczna</td>
			<td>Ręczna</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Korekcja obiektywu</td>
			<td>Nie</td>
			<td>Tak</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ustawienia procesu fotogrametrii</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Generowanie chmury rzadkiej</td>
			<td>Dokładność: Wysoka</td>
			<td>Dokładność: Wysoka</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>Punkt kluczowy: 40 000</td>
			<td>Punkt kluczowy: 40 000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>Punkt wiążący: 4 000</td>
			<td>Punkt wiążący: 4 000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>Selekcja ogólna: Tak</td>
			<td>Selekcja ogólna: Tak</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Generowanie chmury gęstej</td>
			<td>Jakość średnia</td>
			<td>Jakość średnia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Generowanie modelu siatki 3D</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dane źródłowe:</td>
			<td>Mapy głębi</td>
			<td>Mapy głębi</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Jakość:</td>
			<td>Średnia</td>
			<td>Średnia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Liczba ścian:</td>
			<td>Niska</td>
			<td>Niska</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Interpolacja:</td>
			<td>Włączona</td>
			<td>Włączona</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oblicz kolory wierzchołków:</td>
			<td>Tak</td>
			<td>Tak</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Generowanie tekstury 3D</td>
			<td rowspan="1"></td>
			<td rowspan="1"></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Typ tekstury:</td>
			<td>Mapa dyfuzyjna</td>
			<td>Mapa dyfuzyjna</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dane źródłowe: </td>
			<td>Obrazy</td>
			<td>Obrazy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tryb mapowania:</td>
			<td>Ogólny</td>
			<td>Ogólny</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tryb mieszania:</td>
			<td>Mozajka</td>
			<td>Mozajka</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rozmiar/ilość tekstury:</td>
			<td>4096 / 1</td>
			<td>4096 / 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Model cyfrowej powierzchni terenu (DEM)</td>
			<td>Z gęstej chmury</td>
			<td>Z gęstej chmury</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ortomozajka</td>
			<td>Z DEM</td>
			<td>Z DEM</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 2: Szczegółowe informacje na temat zebranych obrazów i przetwarzania fotogrametrycznego. Przetwarzanie wykonano przy użyciu tych samych ustawień dla obu modeli.
Materiał dodatkowy. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61815/JoVE_SI_Roach.docx" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>

Udostępniamy szczegółowy protokół do przeprowadzania podwodnych badań fotogrametrycznych struktury na podstawie ruchu w celu wygenerowania modeli 3D i ortomozaik.

Podstawa terenowa do monitorowania ekosystemów bentosowych za pomocą fotogrametrii struktury z ruchu

Structure-from-motion (SfM) photogrammetry is a technique used to generate three-dimensional (3D) reconstructions from a sequence of two-dimensional (2D) ...

Protokół ten zapewnia prosty przegląd sposobu zbierania obrazów w terenie w celu tworzenia trójwymiarowych modeli podwodnych ekosystemów. Technika ta pozwala na gromadzenie danych w celu tworzenia wielkoskalowych modeli 3D o wysokiej rozdzielczości, co pomaga nam odpowiedzieć na pytania dotyczące składu społeczności, właściwości geometrycznych i złożoności systemu. Metoda ta jest przydatna do badania ekosystemów bentosowych w celu zebrania cennych informacji na temat wzorców różnorodności biologicznej, złożoności siedlisk, struktury zbiorowisk i innych wskaźników ekologicznych. Podobnie jak w przypadku większości metod terenowych, upewnij się, że wybierasz miejsce, które jest bezpieczne i dostępne, oraz wybierz dzień, w którym warunki pogodowe są sprzyjające. Po raz pierwszy wypróbowujesz tę metodę: Ustaw lustrzankę cyfrową w podwodnej obudowie z ustawieniami opisanymi w rękopisie tekstowym. Jeśli używasz wodoodpornej kamery sportowej, ustaw ją w trybie wideo lub zdjęć seryjnych z najwyższą możliwą rozdzielczością i liczbą klatek na sekundę. Ustaw rozdzielczość wideo na 4K, a liczbę klatek na sekundę na 30 klatek na sekundę. Wybierz zestaw szpulowy z krawędzią kołnierzową i punktami mocowania uchwytu i tyczki. Upewnij się, że zestaw szpulowy jest z natury ujemnie wyporny lub wykonany z dodatkiem obciążników. W przypadku częstego użytkowania lub trudnych warunków terenowych wybierz szpulę wykonaną z bardziej wytrzymałego materiału, takiego jak aluminium. Upewnij się, że szpula nie obraca się na tyczce ani nie obraca się podczas użytkowania. Przymocuj żyłkę do szpuli z jednej strony i do odłączanego klipsa z drugiej, aby podłączyć ją do aparatu. Chociaż specjalistyczne płytki kalibracyjne nie są konieczne, upewnij się, że w modelu do skali znajdują się ujemnie pływające, rozpoznawalne obiekty o znanych rozmiarach. Weź pod uwagę warunki przepięciowe i prądowe, aby upewnić się, że używane są odpowiednie materiały, aby płytki pozostały nieruchome.podczas zbierania zdjęć. Zapewnij nurkom środki do pomiaru głębokości płytki, takie jak elektroniczny miernik głębokości. Wybierz miejsce, w którym jest wystarczająco dużo miejsca, aby przepłynąć cały wzór spirali. Oprócz obszaru, który jest badany, należy uwzględnić mały obszar buforowy, aby zapewnić, że cały obszar badania jest wystarczająco sfotografowany, aby uzyskać dane wysokiej jakości. Jeśli to możliwe, zbierz dwuosobowy zespół, jeden do zbadania płytkich miejsc na fajce, a drugi do zbadania głębszych miejsc przy nurkowaniu. Jeśli planujesz regularne badanie terenu, zaznacz środkowy punkt, w którym zostanie umieszczony zestaw szpulowy, za pomocą znacznika lub stałej konstrukcji. Weź przynajmniej współrzędne globalnego systemu pozycjonowania, aby można było przenieść miejsce z pomocą wydruku ortomozaiki. Ustaw szpulę na środku witryny, a następnie rozłóż płytki kalibracyjne i zapisz ich zgony. Umieść płytki kalibracyjne stroną zadrukowaną do góry, w odległości około dwóch metrów od środka. Upewnij się, że pływak przymocuje stronę aparatu najbliżej szpuli do żyłki i trzyma kamerę skierowaną prosto w dół, około jednego metra od bentosu. Następnie pływak pływa z kamerą, podczas gdy asystent zajmuje się szpulą. Asystent ustawia tyczkę i dołączoną szpulę pionowo na środku wybranego miejsca i utrzymuje zestaw szpulowy w pozycji pionowej i nieruchomej. Po prawidłowym ustawieniu aparatu pływak zaczyna robić ciągłe zdjęcia bentosu podczas pływania do przodu i utrzymywania napięcia na żyłce, zapewniając, że pływak kontynuuje pływanie po spirali ze stałą prędkością podczas robienia zdjęć, aż linka zostanie całkowicie odwinięta ze szpuli. W bardzo pofałdowanych środowiskach, takich jak rafy koralowe, dołącz trzeciego pracownika, który może zapobiec splątaniu się liny, unosząc się nad środkiem liny i delikatnie unosząc ją nad przeszkodami. Gdy żyłka jest całkowicie rozwinięta, pływak zmienia kierunki, w razie potrzeby ponownie zakładając aparat, a następnie pływa aparatem w przeciwnym kierunku, aby rozpocząć przewijanie żyłki z powrotem na szpulę podczas robienia zdjęć. Jeśli pożądana jest pojedyncza metoda spiralna w celu zaoszczędzenia czasu, pływak powinien odłączyć żyłkę od kamery i przejść do obrazowania środka miejsca, podczas gdy asystent nawija żyłkę i usuwa zestaw szpulowy z miejsca. Gdy tylko pływak zacznie pływać w przeciwnym kierunku, asystent obraca szpulę, aby nawinąć żyłkę o pół obrotu w kierunku przeciwnym do nowego kierunku pływania. Gwarantuje to, że ścieżka powrotna pływaka jest przesunięta w stosunku do pierwotnej ścieżki, aby zapewnić większe pokrycie fotograficzne miejsca. Upewnij się, że pływak kontynuuje robienie zdjęć i pływa po odwróconej spirali, aż żyłka zostanie prawie całkowicie nawinięta wokół szpuli. Gdy odstępy między pływakami a asystentami uniemożliwiają dalszy postęp, pływak może przestać robić zdjęcia, dzięki czemu kamera może zostać odłączona od linii, a asystent może zdjąć zestaw szpulowy ze środka miejsca. Po wyjęciu szpuli z miejsca pływak obrazuje środek miejsca, trzymając kamerę skierowaną prosto w dół i przesuwając kamerę w małym spiralnym wzorze nad środkiem miejsca. Po zakończeniu oczyść witrynę. Nigdy nie zostawiaj śmieci ani sprzętu na miejscu i zawsze zostawiaj miejsce czystsze niż je zastałeś. Protokół ten został wykorzystany do zobrazowania stanowiska rafy 2_7 znajdującego się na Patch Reef 13 w K

a-field-primer-for-monitoring-benthic-ecosystems-using-structure-from

Research

JoVE Journal

Environment

Środowisko

Opisujemy nową metodę liczenia ryb oraz szacowania względnej obfitości (MaxN) i gęstości ryb za pomocą obrotowych systemów kamer stereo-video. Pokazujemy również, jak wykorzystać odległość od kamery (odległość Z) do oszacowania wykrywalności specyficznej dla gatunku.

Opracowanie nowych metod ilościowego określania zagęszczenia ryb za pomocą podwodnych narzędzi stereo-wideo

Pomiary oparte na obrazach są coraz bardziej praktyczną, nieinwazyjną metodą pobierania próbek środowiska morskiego. Przedstawiamy protokół z badania za pomocą kamery zrzutowej, które szacuje liczebność i rozmieszczenie przegrzebka morskiego (Placopecten magellanicus). Omówiliśmy, w jaki sposób protokół ten można uogólnić w celu zastosowania do innych makrobezkręgowców bentosowych.

Metody badań obrazowych makrobezkręgowców bentosowych i ich siedlisk na przykładzie badania przegrzebka atlantyckiego za pomocą kamery opadowej

Prezentowany tutaj jest protokół do zbierania i przetwarzania danych z podwodnej fotogrametrii, w tym znacznie uproszczony i w pełni zautomatyzowany potok przetwarzania obrazów, którego wynikiem są dane wyjściowe z odniesieniami geograficznymi i dostosowane do szeregów czasowych, gotowe do ekologicznej ekstrakcji, analizy i zastosowania danych.

Reefshape: system do efektywnego gromadzenia i automatycznego przetwarzania danych z podwodnej fotogrametrii szeregów czasowych do monitorowania siedlisk bentosowych

Ten protokół obejmuje czteroetapową metodologię badań obrazowania dużych obszarów, używaną do wyodrębniania wskaźników złożoności strukturalnej, składu społeczności i demografii populacji dla społeczności raf koralowych. Jakość zebranych zobrazowań i zintegrowany dostęp do zobrazowań źródłowych są traktowane priorytetowo na każdym etapie protokołu.

Pomiar struktury, składu i zmian środowiska podwodnego za pomocą obrazowania wielkopowierzchniowego

Tutaj prezentujemy małe inkubacje rdzenia do pomiaru wymiany gazu osad-woda i substancji rozpuszczonej. Umożliwią one wiarygodne pomiary wymiany osad-woda, które ocenią rolę osadów we wpływie na procesy biologiczne i biogeochemiczne w ekosystemach wodnych.

Bentosowa wymianaO2, N2 i rozpuszczonych składników odżywczych przy użyciu inkubacji z małym rdzeniem

Ocena obfitości stawonogów w uprawach jest kluczowa dla badania dynamiki populacji i interakcji między gatunkami. Tutaj opisujemy modyfikację i zastosowanie dmuchawy do liści do odkurzania do pobierania próbek stawonogów w ryżu.

Modyfikacja i zastosowanie dmuchawy do liści do pobierania próbek stawonogów w terenie

Tutaj prezentujemy protokół oceny przeżywalności nasion, kiełkowania i spoczynku w warunkach polowych przy użyciu zakopanych, oznakowanych pasków nasion i testowania żywotności chlorku tetrazolu (TZ).

Wiarygodna metoda oceny kiełkowania, spoczynku i śmiertelności nasion w warunkach polowych

Aby odkryć skuteczność zapylaczy danego gatunku roślin, opracowano wiele metod eksperymentów polowych. W pracy przedstawiono podstawowe metody eksperymentów terenowych w ekologii zapylania na przykładzie Lycoris sanguinea var. sanguinea oraz nowego mechanizmu zapylania, zapylania przez pękające pąki.

Eksperymenty terenowe ekologii zapylania: przypadek Lycoris sanguinea var. sanguinea

Tablice życia pozwalają na ilościowe określenie źródeł i wskaźników śmiertelności w populacjach owadów oraz przyczyniają się do zrozumienia, przewidywania i manipulowania dynamiką populacji w agroekosystemach. Przedstawiono metody prowadzenia i analizy kohortowych tablic trwania życia w terenie dla owadów z siedzącymi niedojrzałymi stadiami życia.

Metodyka opracowywania tablic życia owadów siedzących w terenie z wykorzystaniem mączlika (Bemisia tabaci) w układzie bawełnianym jako systemu modelowego

Ten artykuł opisuje szczegółowe protokoły do produkcji urządzeń ekosystemowych (EcoFAB), które umożliwiają badania roślin i interakcji roślina-mikroorganizm w ściśle kontrolowanych warunkach laboratoryjnych.

Protokoły wytwarzania ekosystemów (EcoFAB) do budowy ekosystemów laboratoryjnych przeznaczonych do badania interakcji między roślinami a mikroorganizmami

Poznaj metodę fotogrametrii struktury z ruchu do monitorowania ekosystemów bentosowych. Technika ta umożliwia tworzenie trójwymiarowych modeli podwodnych siedlisk z wysoką rozdzielczością.

Podstawa terenowa do monitorowania ekosystemów bentosowych za pomocą fotogrametrii struktury z ruchu

Przeglądaj więcej filmów