수 중 스테레오 비디오 도구를 사용 하 여 물고기 밀도 측정을 위한 새로운 방법의 개발

Summary

물고기, 계산 그리고 관계 되는 풍부 (MaxN) 및 생선 밀도 회전 스테레오 비디오 카메라 시스템을 사용 하 여 예측에 대 한 새로운 방법을 설명 합니다. 우리는 또한 종의 검출 추정 카메라 (Z 거리)에서 거리를 사용 하는 방법을 보여 줍니다.

Abstract

물고기의 생태 연구에 비디오 카메라 시스템의 사용 물고기 길이 측정 및 추정 물고기 풍부의 가능한, 비 뽑아내는 방법으로 견인을 얻기 위해 계속 합니다. 우리가 개발 하 고 샘플링, 샘플링 노력 고정 카메라 도구에 비해 극대화의 전체 360도 커버 하는 회전 스테레오 비디오 카메라 도구를 구현. 연구의 다양 한 세부 물고기;의 매우 정확 하 고 정확한 측정을 얻기 위해 정적, 스테레오 카메라 시스템의 기능 초점은 여기 물고기 밀도 회전 카메라 시스템을 사용 하 여 계량 방법론 접근의 개발 이었다. 첫 번째 방법은 MaxN는 일반적으로 물고기의 최소한의 보수 수 주어진된 카메라 조사에 관찰 하는 통계의 개발 했다. 우리는 카메라 시스템의 어떤 주어진된 회전에서 관찰 한 물고기의 최대 수를 MaxN를 재정의 합니다. 주의 이중 산정을 피하기 위해 때 MaxN에 대 한이 방법은 고정된 카메라에서 얻은 것 보다 진정한 풍요를 더 정확 하 게 반영 수 있습니다. 둘째, 스테레오 비디오를 3 차원 공간에서 물고기 수, 때문에 각 물고기에 대 한 카메라에서 거리의 정확한 견적을 얻을 수 있습니다. 사용 하 여 카메라에서 관찰 된 거리의 95% 백분위 수 종의 지역 조사를 확립, 우리 종족은 최대 거리를 사용 하 여 밀도 추정을 diluting 피하는 동안 여 종 사이에서 차이 대 한 계정 관찰. 여의이 범위에 대 한 회계를 정확 하 게 추정 물고기 나타났는데 중요 하다. 이 방법론은 응용된 과학 및 관리 컨텍스트 스테레오 비디오 도구 회전의 통합을 촉진 한다.

Introduction

미국 태평양 연안에 따라서 중요 한 상업 및 레크리에이션 groundfish 수 산 (예를 들어, 복잡 한 형형색색 (Sebastes 종) 그리고 Lingcod (Ophiodon elongatus))에 종 많은 강하게 연관 높은 구호, 하드 하단 서식 지^1,2,3,,45. 스테레오 비디오 드롭 카메라는 쉽게 및 단순 작업의 바위 같은 서식 지에 사용 하는 매력적인 비 뽑아내는 도구. 스테레오 비디오 카메라 시스템의 다양 한 개발 되었고 남부 반구, 얕은 물 생태계^6,7,,89,10, 배포 및 최근에, 비디오 드롭-카메라 태평양 연안^11,,1213에 따라 깊은 물 속 바위 암초 환경 관리 툴으로 서 견인을 얻고 있다. 우리는 보다 효율적으로 높은 구호 중앙 태평양 해안 (참조 테이블의 seafloors에 있는 물고기 인구 특성 스테레오 비디오 카메라 시스템 (이 하 “랜더” 라고도 함)를 사용 하 여 이러한 기존 스테레오 카메라의 디자인을 수정 하고자 재료). 사용 하는 착륙선 카메라 드롭 위치¹⁴에 해저의 보도의 전체 360 °에 허용 되는 중앙 회전 바에 장착 했다 때문에 다른 기존의 비디오 시스템 이었다. 착륙선 빠르게 풍부 및 지역의 커뮤니티 구성 특성 및 몇몇 착륙선 배포 통계적 인 힘의 동일한 수준을 달성 하는 분당 한 완전 회전을 완료. (착륙선 구성의 특성에 큰 세부 사항에 대 한 스타 (2016)¹⁴ 참조). 연구 시스템에 예비 테스트 제안 우리의 설문 조사에서 카메라의 8 회전 종 풍요로 움과 풍요로 움의 특성을 충분 했다. 이 결정 더 긴 방울 이상 종 풍부와 물고기 밀도 체감의 관찰에 의해 만들어졌다. 주어진된 생태계/연구 종에 대 한 최적의 흡수 시간을 결정 하기 위해 새로운 시스템에 오래 담가 시간을 포함 하 여 파일럿 연구를 실시 하는 것이 좋습니다.

짝된 스테레오 카메라를 사용 하 여 모두 총 조사 지역 및 각 비디오 설문 조사;에 대 한 절대 물고기 밀도 계산할 수 있다 그러나, 회전 하는 카메라의 사용에 필요한 전통적인 물고기 수 통계의 수정. 고정 비디오 시스템은 가장 자주 배포^6,10에 물고기의 보수적인 수로 “MaxN”를 사용합니다. 전통적인 MaxN 이중 계산 하는 왼쪽 프레임에 반환 물고기 피하기 위해 단일 비디오 프레임에 함께 관찰 주어진 종의 물고기의 최대 수를 설명 합니다. MaxN는 그러므로 존재 알려진 물고기의 최소 수의 고 진정한 물고기 풍부^6,10과소 평가 될 수 있습니다. MaxN 통계는 카메라의 전체 회전 각에 본 물고기의 가장 큰 수를 표현 하기 위해 재정의 되었습니다.

셰이프에 신뢰할 수 있는 id의 다른 최대 거리와 이전 스테레오 비디오 방법 두 번째 수정 그 종의 다양 한 크기, 색상, 사실에 대 한 계정 것 이었다. 예를 들어 큰 종 오 elongatus 독특한 길쭉한 모양을 있고 안정적으로 작고 이상한 종 Squarespot 형형색색 (Sebastes hopkinsi)에 비해 훨씬 더 큰 거리에서 확인할 수 있습니다. 이러한 다른 최대 범위의 여 각 종족에 대 한 착륙선에 의해 샘플링 효과적인 지역을 변경 합니다. 스테레오 카메라 수를 높은 수준의 정밀도와 3 차원 공간에서 모든 물고기를, 때문에 하나 각 물고기는 카메라에서 거리를 확인할 수 있습니다 (즉, “Z 거리”, 즉 “z 축”에 대 한 명명 된 측정 카메라 사이 그려진 직선에 수직). 각 종족에 대 한 거리는 모든 개인의 95% (이 하 “95 %Z 거리”) 관찰 되었다 조사 영역의 반지름으로 간주 되었다 고 조사 총 면적을 계산 하는 데 사용 되었다. 종의 특성 이외에 identifiability 물 탁도 등 환경 조건에 의해 영향을 받을 것 이다. 이러한 요소는 시간과 공간에서 달라질 수 있습니다, 때문에 집계에만 95 %Z 통계를 사용 하 여 중요 하다. 매우 큰 샘플을 정확 하 게 있을 것입니다, 어떤 하나의 개별 설문 조사는 조사 지역에서 달라질 수 있습니다.

아래의 자세한 프로토콜 만들고 이러한 통계를 사용 하는 방법에 지침을 제공 합니다. 초점 태평양 해안을 따라 깊은 물 바위 서식 지의 특성은, 비록 방법론 수정된 MaxN 개수에 대 한 설명 어떤 회전 드롭-카메라 시스템에 쉽게 적용 됩니다. 카메라 회전 물고기 인구를 특성화 하는 데 필요한 수 로컬 생태계 역학 관계에 따라 달라 집니다 하지만 수정 된 MaxN의 개념은 그대로 유지 됩니다. 마찬가지로, 3 차원 측량 소프트웨어는 스테레오 비디오를 분석 하는 데 사용, 반면 여기에 설명 된 기술은 쉽게 적용 됩니다 소프트웨어 플랫폼, 3 차원 공간에서 물고기의 정확한 위치는 가능. 또한, 95 %Z 거리 값 적용의 접근 간주 될 수 미래에 스테레오 카메라 여 종의 범위를 담당 하 고 물고기 풍부 하 게 더 정확 하 게 계산 하는 연구.

Protocol

참고: 소프트웨어 단계의 스크린샷 추가파일로 포함 되어 있습니다. 아래 설명 하는 소프트웨어 단계는 선택한 소프트웨어에 유의 하시기 바랍니다 ( 재료의 표참조). 전반적인 접근은 모든 스테레오 소프트웨어 플랫폼을 확장할 수 있습니다. 1. 스테레오 카메라 영상 분석 준비 참고: 교정 교정 큐브를 사용 하 여 것이 좋습니다. ?…

Representative Results

2013과 2014 년 사이 우리와 중앙 캘리포니아 해안 및 수집 MaxN 및 95 %Z 거리 (그림 4) 데이터 이상의 20 종에 따라 회전 스테레오 비디오 랜더 (그림 1) 816 설문 조사 실시. 종 종의 크기, 모양, 및 채색 (그림 5)의 상호 작용으로 인해, 아마 관찰의 유효 감지 범위에 명확한 패턴 했다. 예를 들어, 플래그 형형색색 …

Discussion

전통적인 MaxN 통계 조사 중 개인의 보장된 최소 수를 계산 하는 생각에 입각 한입니다. 물고기의 특정 수 단일 비디오 프레임에서 동시에 볼 수 있다면, 어떤 적은 현재 수 없습니다 하지만 단일 비디오 프레임 동안 동시에 모든 개인을 볼 가능성은 낮다 고 있기 때문에 물고기 모바일 heterogeneously 분산, . 따라서 전통적인 MaxN 진정한 물고기 풍부^16,17underes…

Materials

calibration cube	SeaGIS	http://www.seagis.com.au/hardware.html	1000x1000x500 mm is the preferred dimensions. Other methods of calibration are available.
CAL calibration software	SeaGIS	http://www.seagis.com.au/bundle.html
EventMeasure stereo measurement software	SeaGIS	http://www.seagis.com.au/event.html
Statistical software	R Core Team 2017 (v. 3.4.0)		Bootstrapping code can be found: https://github.com/rfields2017/JoVE-Bootstrap-Function
Spreadsheet Software	Microsoft Excel
2  waterproof cameras	Deep Sea Power and Light		HD quality preferred
2 depth rated, waterproof lights	Deep Sea Power and Light : 3000 lumen LED with 5000k color temperature
DVR recorder	Stack LTD DVR
standard PC			Windows 10 preferred OS
rotating Lander platform	Marine Applied Research and Engineering (MARE)