Her præsenterer vi en protokol for at individuelt spore dyr over en lang periode. Det bruger computer vision metoder til at identificere en række manuelt bygget tags ved hjælp af en gruppe af hummere som casestudie, samtidig giver oplysninger om, hvordan Parlamentet, manipulere, og markere hummere.
Vi præsenterer en protokol, der er relateret til en video-tracking teknik baseret på den baggrund subtraktion og billede tærskel, der gør det muligt at individuelt spore cohoused dyr. Vi testede tracking rutinen med fire cohoused jomfruhummer (Nephrops norvegicus) på lys-mørke betingelser for 5 dage. Hummere havde blevet markeret individuelt. Opsætningen af eksperimenterende og tracking teknikker er udelukkende baseret på open source-software. Sammenligning af tracking output med en manuel registrering viser, at hummere var korrekt registreret 69% af gange. Blandt de korrekt registrerede hummere, deres individuelle tags blev korrekt identificeret 89,5% af gange. Overvejer framerate bruges i protokollen og den bevægelse af hummere, udførelsen af den video tracking har en god kvalitet, og de repræsentative resultater støtter gyldigheden af protokollen i producerer værdifulde data for forskningsbehov (individuel belægning eller bevægeapparatet aktivitet mønstre). Protokollen præsenteres her kan tilpasses nemt og er dermed kan overføres til andre arter, hvor den enkelte sporing af enheder i en gruppe kan være værdifulde for besvarelse af forskningsspørgsmål.
I de sidste par år, har automatiseret image-baseret sporing givet meget præcise datasæt, der kan bruges til at udforske grundlæggende spørgsmål i økologi og adfærd discipliner1. Disse datasæt kan bruges til kvantitativ analyse af dyrs adfærd2,3. Hvert billede metode bruges til sporing af dyr og adfærd evaluering har imidlertid sine styrker og begrænsninger. I image-baseret sporing protokoller, der bruger rumlig information fra tidligere rammer i en film til at spore dyr4,5,6, kan fejl indføres, når to dyr veje krydses. Disse fejl er normalt irreversible og udbrede gennem tiden. Trods beregningsmæssige forskud, der reducerer eller næsten eliminere dette problem5,7, skal disse teknikker stadig homogene eksperimenterende miljøer for nøjagtig identifikation og sporing.
Ansættelse af mærker, der kan identificeres entydigt i dyr undgår disse fejl og tillader langsigtet sporing af identificerede individer. Udbredte markører (fx, stregkoder og QR-koder) findes i industri og handel og kan identificeres ved hjælp af velkendte computer vision teknikker, såsom augmented reality (f.eks. ARTag8) og kamerakalibrering (f.eks.CALTag9 ). Tagged dyr har tidligere været brugt til høj overførselshastighed adfærdsmæssige undersøgelser i forskellige dyrearter, for eksempel, myrer3 eller bier10, men nogle af disse tidligere systemer ikke er optimeret til anerkende isolerede tags3.
Sporing protokollen præsenteret i dette papir er særligt velegnet til sporing af dyr i én-kanal billeder, såsom infrarød (IR) lys eller monokromatiske lys (især, vi bruger blåt lys). Derfor, metoden udviklet bruger ikke farve stikord, der også gælder for andre indstillinger, hvor der er begrænsninger i belysningen. Derudover bruger vi tilpassede tags designet for ikke at forstyrre hummere og samtidig, tillade optagelse med billige kameraer. Desuden den metode, der anvendes her er baseret på ramme-uafhængig tag påvisning (dvs.., algoritmen, der anerkender tilstedeværelsen af hvert mærke i billedet uanset de foregående baner). Denne funktion er relevante i applikationer hvor dyr kan være midlertidigt tilstoppet, eller dyrenes baner kan skærer hinanden.
Tag design tillader dets anvendelse i forskellige grupper af dyr. Når parametrene for metoden er indstillet, kan det overføres for at tackle andre dyret-tracking problemer uden behov for uddannelse en bestemt klassificering (andre krebsdyr eller havsnegle). De vigtigste begrænsninger eksporterende protokollen er størrelsen af tag og behovet for tilknytning til dyret, (hvilket gør det ikke egnet til små insekter, fluer, bier, etc.) og den 2D antagelse for dyrs bevægelse. Denne begrænsning er væsentlig, eftersom den foreslåede metode forudsætter tag størrelse forbliver konstant. Dyrets bevæger sig frit i et 3D miljø (f.eks. fisk) ville vise forskellige tag størrelser afhængig af dens afstand til kameraet.
Formålet med denne protokol er at give en brugervenlig metode til sporing af flere tagged dyr over en lang periode (dvs., dage eller uger) i forbindelse med 2D. Den metodiske tilgang er baseret på brugen af open source-software og hardware. Gratis og open source software tillader tilpasninger, ændringer og gratis omfordeling; Derfor forbedrer de genererede software på hvert trin11,12.
Protokollen præsenteres her fokuserer på et laboratorium, der er sat op til at registrere og evaluere bevægeapparatet aktiviteten af fire vanddyr i en tank i 5 dage. Video filer er optaget fra en 1 s time-lapse image og samlet i en video ved 20 frames per sekund (1 optaget dag fylder ca. 1 h video). Alle optagelser er automatisk postprocessed at få dyr positioner, anvendelse af computer vision metoder og algoritmer. Protokollen giver mulighed for at opnå store mængder for at spore data, undgå deres manuel anmærkning, som har vist sig at være tidskrævende og besværlige i tidligere eksperimentelle papirer13.
Vi bruger jomfruhummer (Nephrops norvegicus) til casestudie; Vi giver således, artsspecifikke laboratorieforhold at opretholde dem. Hummere udføre velundersøgte burrow fremkomsten rytmer, der er under kontrol af døgnrytmen ur14,15, og når cohoused, de danner dominans hierarki16,17. Modellen præsenteres her er derfor et godt eksempel for forskere interesseret i sociale modulation af adfærd med særlig fokus på døgnrytmen.
Den metode, der præsenteres her gengives let og kan anvendes til andre arter, hvis der er en mulighed for at skelne mellem dyr med individuelle tags. Mindstekrav til reproducering en sådan fremgangsmåde i laboratoriet er (i) isotermisk værelser for opsætningen af eksperimenterende; (ii) en løbende vandforsyning; (iii) vand temperatur kontrolmekanismer; (iv) en lys kontrolsystem; (v) et USB-kamera og en almindelig computer.
I denne protokol, kan vi bruge Python18 og OpenCV19 (Open Source Computer Vision bibliotek). Vi er afhængige af hurtigt og almindeligt anvendt operationer (både med hensyn til gennemførelse og udførelse), såsom baggrunden subtraktion20 og billede tærskel21,22.
Ydeevne og repræsentant resultaterne med video-tracking protokol bekræftet sin gyldighed for anvendt forskning inden for dyreadfærd, med særlig fokus på sociale graduering og døgnrytmen cohoused dyr. Effektiviteten af animalsk påvisning (69%) og nøjagtigheden af tag forskelsbehandling (89,5%) kombineret med de adfærdsmæssige egenskaber (dvs. bevægelse sats) af de målarter, der anvendes her tyder på, at denne protokol er en perfekt løsning til langsigtet eksperimentelle forsøg (fx, dage og uger). Derudover …
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne er taknemmelig for, at Dr. Joan B. virksomheden, der finansierede udgivelsen af dette værk. Forfatterne er også taknemmelig for, at teknikere på zonen eksperimentelle akvarium til Institute of Marine Sciences i Barcelona (ICM-CSIC) for deres hjælp under det eksperimentelle arbejde.
Dette arbejde blev støttet af RITFIM projektet (CTM2010-16274, principal investigator: J. Aguzzi) blev grundlagt af den spanske ministerium for videnskab og Innovation (MICINN) og TIN2015-66951-C2-2-R grant fra det spanske ministerium for økonomi og konkurrenceevne.
Tripod 475 | Manfrotto | A0673528 | Discontinued |
Articulated Arm 143 | Manfrotto | D0057824 | Discontinued |
Camera USB 2.0 uEye LE | iDS | UI-1545LE-M | https://en.ids-imaging.com/store/products/cameras/usb-2-0-cameras/ueye-le.html |
Fish Eye Len C-mount f=6mm/F1.4 | Infaimon | Standard Optical | https://www.infaimon.com/es/estandar-6mm |
Glass Fiber Tank 1500x700x300 mm | |||
Black Felt Fabric | |||
Wood Structure Tank | 5 Wood Strips 50x50x250 mm | ||
Wood Structure Felt Fabric | 10 Wood Strips 25x25x250 mm | ||
Stainless Steel Screws | As many as necessary for fix wood strips structures | ||
PC | 2-cores CPU, 4GB RAM, 1 GB Graphics, 500 GB HD | ||
External Storage HDD | 2 TB capacity desirable | ||
iSPY Sotfware for Windows PC | iSPY | https://www.ispyconnect.com/download.aspx | |
Zoneminder Software Linux PC | Zoneminder | https://zoneminder.com/ | |
OpenCV 2.4.13.6 Library | OpenCV | https://opencv.org/ | |
Python 2.4 | Python | https://www.python.org/ | |
Camping Icebox | |||
Plastic Tray | |||
Cyanocrylate Gel | To glue tag’s | ||
1 black PVC plastic sheet (1 mm thickness) | Tag's construction | ||
1 white PVC plastic sheet (1 mm thickness) | Tag's construction | ||
4 Tag’s Ø 40 mm | Maked with black & white PVC plastic sheet | ||
3 m Blue Strid Led Ligts (480 nm) | Waterproof as desirable | ||
3 m IR Strid Led Ligts (850 nm) | Waterproof as desirable | ||
6m Methacrylate Pipes Ø 15 mm | Enclosed Strid Led | ||
4 PVC Elbow 45o Ø 63 mm | Burrow construction | ||
3 m Flexible PVC Pipe Ø 63 mm | Burrow construction | ||
4 PVC Screwcap Ø 63 mm | Burrow construction | ||
4 O-ring Ø 63 mm | Burrow construction | ||
4 Female PVC socket glue / thread Ø 63 mm | Burrow construction | ||
10 m DC 12V Electric Cable | Light Control Mechanism | ||
Ligt Power Supply DC 12V 300 w | Light Control Mechanism | ||
MOSFET, RFD14N05L, N-Canal, 14 A, 50 V, 3-Pin, IPAK (TO-251) | RS Components | 325-7580 | Light Control Mechanism |
Diode, 1N4004-E3/54, 1A, 400V, DO-204AL, 2-Pines | RS Components | 628-9029 | Light Control Mechanism |
Fuse Holder | RS Components | 336-7851 | Light Control Mechanism |
2 Way Power Terminal 3.81mm | RS Components | 220-4658 | Light Control Mechanism |
Capacitor 220 µF 200 V | RS Components | 440-6761 | Light Control Mechanism |
Resistance 2K2 7W | RS Components | 485-3038 | Light Control Mechanism |
Fuse 6.3x32mm 3A | RS Components | 413-210 | Light Control Mechanism |
Arduino Uno Atmel Atmega 328 MCU board | RS Components | 715-4081 | Light Control Mechanism |
Prototipe Board CEM3,3 orific.,RE310S2 | RS Components | 728-8737 | Light Control Mechanism |
DC/DC converter,12Vin,+/-5Vout 100mA 1W | RS Components | 689-5179 | Light Control Mechanism |
2 SERA T8 blue moonlight fluorescent bulb 36 watts | SERA | Discontinued / Light isolated facility |