כאן אנו מציגים פרוטוקול לעקוב בנפרד חיות על פני תקופה ארוכה של זמן. היא משתמשת ממוחשבת שיטות לזיהוי קבוצת תגים נבנה באופן ידני באמצעות קבוצה של לובסטרים כמו חקר מקרה, בד בבד עם מתן מידע כיצד הבית, להשפיע, וזכור הלובסטרים.
אנו מציגים פרוטוקול הקשורים טכניקה מעקב וידאו בהתבסס על רקע חיסור סף התמונה ומאפשר לעקוב בנפרד חיות cohoused. בדקנו את השגרה מעקב עם ארבעה לובסטרים נורבגיה cohoused (Nephrops norvegicus) בתנאים אור-חושך במשך 5 ימים. הלובסטרים היה כבר מתויג בנפרד. את ניסיוני וההתקנה של טכניקות מעקב השתמשו מבוססים לחלוטין על תוכנת קוד פתוח. ההשוואה של הפלט מעקב עם זיהוי ידני מציין כי הלובסטרים היו כראוי זוהה 69% של הפעמים. בין הלובסטרים זוהה כראוי, תגים בודדים שלהם היו כראוי מזוהה 89.5% של הפעמים. בהתחשב את קצב המסגרות המשמשים את הפרוטוקול ואת קצב תנועה לובסטרים, הביצועים של מעקב וידאו יש באיכות טובה, התוצאות נציג תמיכה את תוקפו של הפרוטוקול בהפקת נתונים יקרי ערך לצורכי מחקר (הפרט תפוסת שטח או דפוסי הפעילות גינקולוגיות). פרוטוקול המובאות כאן ניתן להתאים אישית בקלות והוא, לפיכך, להעברה מינים אחרים שבהם המעקב בודדים של דגימות בקבוצה יכול להיות יקר למענה על שאלות המחקר.
השנים האחרונות, מעקב אוטומטי המבוסס על תמונות סיפקה datasets ומדויקים, אשר יכול לשמש כדי לחקור שאלות בסיסיות דיסציפלינות אקולוגיה והתנהגות1. אלה נתונים (datasets) יכול לשמש לניתוח כמותי של התנהגות בעלי חיים2,3. עם זאת, כל מתודולוגיה התמונה המשמש למעקב אחר חיות והערכה התנהגות יש החוזקות והמגבלות שלו. ב מעקב מבוססת תמונה פרוטוקולים המשתמשים במידע מרחבי ממסגרות קודמות בסרט כדי לעקוב אחר חיות-4,–5,–6, יכול הציג שגיאות כאשר חצו הנתיבים של שתי חיות. שגיאות אלה הם בדרך כלל בלתי הפיך, להפיץ דרך הזמן. למרות ההתקדמות חישובית להפחית או למנוע כמעט5,זו בעיה7, שיטות אלה עדיין צריך סביבות ניסיוני הומוגנית זיהוי בעלי חיים מדויק ומעקב.
העבודה של סימני שיכול להיות מזוהה באופן ייחודי בבעלי חיים מונע שגיאות אלה ומאפשר את מעקב ארוך טווח של אנשים שזוהו. סמני בשימוש נרחב (למשל, ברקודים, קודי QR) קיימת תעשייה ומסחר, ניתן לזהות באמצעות טכניקות חזון המחשב ידועים, כגון augmented המציאות (למשל, ARTag8) וכיול המצלמה (למשל, CALTag9 ). מתויג חיות בעבר שימשו ללימודי התנהגותית תפוקה גבוהה מיני בעלי חיים שונים, עבור דוגמה, נמלים3 או דבורים10, אך חלק ממערכות קודמות אלה לא הממוטבות זיהוי תגים מבודד3.
פרוטוקול מעקב הציג נייר זה מתאים במיוחד למעקב אחר חיות דימות ערוץ אחד, כגון אינפרה-אדום (IR) אור או אור מונוכרומטי (במיוחד, אנו משתמשים אור כחול). לכן, השיטה שפותחה אינו משתמש רמזים צבע, להיות גם החלים על הגדרות אחרות היכן ישנם אילוצים ההארה. בנוסף, אנו משתמשים תגים מותאמים אישית שנועדה כדי לא להפריע הלובסטרים, במקביל, לאפשר הקלטה עם מצלמות בעלות נמוכה. יתר על כן, שיטת המשמשת כאן מבוססת על מסגרת עצמאית תג זיהוי (כלומר., האלגוריתם מזהה הנוכחות של כל תג בתמונה ללא קשר מסלולים הקודם). תכונה זו רלוונטי ביישומים שבהם בעלי חיים יכול להיות occluded באופן זמני, או מסלולים של בעלי החיים עלול מצטלבים.
העיצוב תג מאפשר את השימוש בקבוצות שונות של בעלי חיים. לאחר הגדרת הפרמטרים של השיטה, זה יכול להיות מועבר להתמודד עם בעיות למעקב אחר חיות אחרות ללא צורך הדרכה מסווג מסוים (אחרים סרטנים או חילזונות). המגבלות העיקריות של ייצוא בפרוטוקול הן הגודל את התג ואת הצורך מצורף החיה (מה שהופך אותו מתאים לא חרקים קטנים, כגון זבובים, דבורים, וכו ‘), ועל ההנחה 2D עבור תנועת בעלי חיים. אילוץ זה הוא משמעותי, בהתחשב בכך השיטה המוצעת מניחה שגודל התג נשאר קבוע. חיה לנוע בחופשיות בתוך סביבה תלת-ממד (למשל, דגים) יראה בגדלים שונים תג בהתאם המרחק שלו למצלמה.
המטרה של פרוטוקול זה נועד לספק מתודולוגיה ידידותי למשתמש למעקב אחר חיות מתויג מרובים על פני תקופה ארוכה של זמן (קרי, ימים או שבועות) בהקשר 2D. הגישה מתודולוגי מבוססת על השימוש בקוד פתוח תוכנה וחומרה. תוכנה חופשית וקוד מקור פתוח מאפשר עיבודים, שינויים, הפצה חופשית; לכן, התוכנה שנוצר משפר11,בכל שלב12.
הפרוטוקול הציג כאן מתמקדת מעבדה כדי לעקוב אחר ולהעריך את הפעילות גינקולוגיות של ארבעה בעלי חיים ימיים במיכל במשך 5 ימים. קבצי הווידאו רשמה מתמונת 1 s זמן לשגות, הידור וידאו 20 מסגרות לשנייה (1 יום מוקלטות תופסת כ 1 h של וידאו). כל הקלטות וידאו הם postprocessed באופן אוטומטי כדי לקבל תפקידים בעלי חיים, החלת המחשב חזון שיטות ואלגוריתמים. הפרוטוקול מאפשר קבלת כמויות גדולות של מידע, הימנעות שלהם ביאור ידני, אשר הוכח להיות אינטנסיבית, מייגעת ניירות ניסיוני הקודם13על המעקב.
אנו משתמשים הסרטן נורבגיה (Nephrops norvegicus) עבור מקרה המבחן; לכן, אנו מספקים תנאי מעבדה ספציפית כדי לשמור אותם. לובסטרים לבצע מקצבים הופעתה למחילה למד היטב כי הם תחת השליטה של ה-14,שעון היממה15, כאשר cohoused, הם יוצרים הדומיננטיות הירארכיה16,17. ומכאן, המודל המוצג כאן הוא דוגמה טובה עבור חוקרים המעוניינים אפנון החברתית של התנהגות עם דגש ספציפי על השעון הביולוגי.
המתודולוגיה המוצגת כאן היא משוחזר בקלות, ניתן להחיל על מינים אחרים, אם יש אפשרות להבחין בין חיות עם תגים בודדים. הדרישות המינימליות עבור שכפול גישה כזו במעבדה הם (i) חדרים איזותרמי עבור ההתקנה ניסיוני; (ii) אספקה רציפה; (iii) מנגנוני הבקרה של הטמפרטורה מים; (iv) מערכת בקרת אור; (v) מצלמת USB של מחשב רגיל.
ב פרוטוקול זה, אנו משתמשים פיתון18 ו- OpenCV19 (Open Source המחשב חזון Library). אנו מסתמכים על מהירה ושימושית בדרך כלל פעולות (הן מבחינת יישום וביצוע), כגון רקע חיסור20 והתמונה סף21,22.
התוצאות נציג וביצועים שהושגו עם פרוטוקול מעקב וידאו אישר תוקפו למחקר יישומי בתחום של התנהגות בעלי חיים, עם דגש ספציפי על אפנון חברתית ומקצבים השעון הביולוגי של חיות cohoused. היעילות של זיהוי בעלי חיים (69%) את הדיוק של תג אפליה (89.5%) בשילוב עם ובמאפיינים התנהגותיים (קרי, קצב תנועה) של המין יעד משמ…
The authors have nothing to disclose.
המחברים מודים על ד ר ג’ואן ב’ החברה מימנה את הפרסום של עבודה זו. כמו כן, המחברים מודים על הטכנאים של אזור אקווריום ניסיוני-המכון למדעי הים בברצלונה (ICM-CSIC) על עזרתם במהלך העבודה ניסיוני.
עבודה זו נתמכה על ידי הפרויקט RITFIM (CTM2010-16274; החוקר הראשי: Aguzzi ג’) נוסדה על ידי משרד המדע הספרדי חדשנות (MICINN) ואת המענק TIN2015-66951-C2-2-R ספרדית משרד הכלכלה ואת התחרותיות.
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 |