Name: development of new methods for quantifying fish density using underwater stereo-video tools
Uploaded: 2017-11-20T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 32 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Development of New Methods for Quantifying Fish Density Using Underwater Stereo-video Tools at JoVE.com

עבודה זו מומן על ידי מוסד הטבע, תורמים פרטיים, קרן קרן המורשת משאבים, גורדון, קרן מור בטי, קרן הגנה סביבתית, קליפורניה ים גרנט תוכנית, התכנית המחקר NMFS קואופרטיב הלאומית של NOAA Saltonstall-קנדי גרנט #13-SWR-008 ימית למחקר יישומי וחקירה (רוזן דירק, ריק Botman, אנדי Lauerman, דוד Jefferies) שפותח, נבנה ומתוחזק הכלי הנחתת וידאו. אנו מודים ג'ים סיגר ותוכנות SeaGIS™ לקבלת תמיכה טכנית. קפטן, דייג מסחרי טים Maricich, צוות על הסיפון את התמיכה F/V דונה קתלין סיפק בפריסת את. הנחתת מ- 2012-2015. תודה לכל מי השתתף איסוף נתוני וידאו או ניתוח (אן Tagini, דונה קליין, סגן אמבר פיין, Bryon דאוני, מריסה פונטה, רבקה מילר, מאט מריפילד במרחק, וולטר Heady, סטיב Rienecke, EJ דיק ו ג'ון פילד).

הערה: צילומי מסך של התוכנה צעדים כלולים כשפות הקבצים המשלימים. אנא שימו לב כי התוכנה השלבים המתוארים להלן ספציפי על התוכנה שבחרת (ראה את הטבלה של חומרים). הגישה הכללית ניתן להרחיב לכל פלטפורמת תוכנה סטריאו.
1. מכינים את הסטריאו ממצלמות לניתוח
הערה: מומלץ כיול באמצעות קוביה כיול. קוביה הכיול היא מסגרת אלומיניום תלת מימדי עם דיוק ממוקם נקודות רעיוני על פני השטח. בעת שימוש בשילוב עם תוכנת כיול צג, קוביה כיול מוביל דיוק ודיוק רב יותר מאשר לוח שחמט גישות9.
<ol><li>כיילו את המצלמות הנחתת עם תוכנת כיול סטריאו (איור 1 , איור 2; ראה טבלה של חומרים עבור המלצה תוכנה). הערה: כיול ניתנת לאימות כמקורית לפני השימוש בשטח על ידי מדידת מטרות בגדלים ידוע במרחקים שונים (ראה 1 וידאו משלימים). שגיאת המדידה הממוצעת עבור יעד 50 ס מ במרחקים של 3 מ' (או פחות) צריך להיות בתוך 2% של אורך היעד ידוע. שימו לב גם כי כיול נתון רק יהיה תקף אם העמדות המצלמה לא משנים האחד ביחס לשני. חיוני לטפל ולהימנע לטלטול לא מכוונות של המצלמות עד כל דגימה בוצעה.</li>
	<li>לאסוף נתונים שדה באמצעות את. הנחתת מכויל (איור 1, 2 הסרטונים משלים).</li>
	<li>בתום המחקר בשדה, צור תיקיה חדשה פרוייקט המכיל קבצי וידאו וכיול. הערה: על כל פרוייקט תיקיה שם צריך מינימום של חמישה קבצים: ימין ועל שמאל ". קאם כיול קבצים, הקבצים וידאו ישר ושמאלה (. MP4 או. פורמט AVI בלבד), ורשימת מינים (תבנית. txt).</li>
	<li>בתוכנה מדידה סטריאו, להתחיל פרוייקט מדידה חדשים, לטעון קבצי וידאו, כיול המתאים. הערה: צילומי מסך של כל השלבים תוכנה זמינים בין הקבצים המשלימים.<ol>
<li>נווט אל 'מדידה' > 'קובץ מדידה חדשה'.</li>
		<li>להגדיר את ספריית התמונות על-ידי ניווט אל 'תמונה' > 'מדריך הגדרת תמונה', ובחרו את התיקייה המכילה את כל קבצי הפרוייקט.</li>
		<li>לטעון את המצלמה שמאלה ". מצלמת"קובץ על-ידי ניווט אל 'סטריאו' > 'מצלמות' > 'שמאל' > 'טען המצלמה קובץ' ובחירת את הקובץ המתאים.</li>
		<li>חזור על שלב 1.4.3 כדי לטעון את המצלמה ימינה ". קובץ קאם הערה: קבצים אלה מכילים מדידות כיול לכל מצלמה (למשל, גודל הפיקסל, יחס רוחב-גובה, עיוות רדיאלי, עיוות decentring, וכו ') ואף ישמש כדי למדוד דג ולחשב מרחק ממצלמה (קרי, Z המרחק).</li>
		<li>להגדיר את רצף סרט עבור קובץ הווידאו שמאלה על-ידי ניווט על 'תמונה' > 'הגדרת רצף סרט' ובחירת קובץ הווידאו המצלמה השמאלית.</li>
		<li>לטעון את קובץ הווידאו שמאלה לתוך תוכנת המדידה על-ידי בחירה באפשרות 'תמונה' > 'טעינת התמונות'. הערה: ודא כי התיבה "תנעלו" אינה מסומנת לפני טעינת קבצי וידאו. דבר זה מאפשר שני סרטוני הווידאו ייטענו בעת ובעונה אחת.</li>
		<li>מגדירים סרט רצף, טען קובץ הווידאו עבור וידאו נכון שימוש בתפריטים 'סטריאו' > 'תמונה' > 'הגדרת רצף סרט' ו 'סטריאו' > 'תמונה' > 'טעינת התמונות'.</li>
		<li>לטעון את רשימת המינים על-ידי ניווט אל 'מדידה' > 'תכונות' > ' עריכה/לטעון מינים קובץ'.</li>
		<li>הזן מידע מזהה סקר תחת 'שדות מידע' > 'עריכה ערך השדה' ושמור את הקובץ כדי ליצור. פרויקט EMObs.</li>
	</ol>
</li>
	<li>סנכרן את קטעי וידאו באמצעות פלאש האור, handclap, חותמת זמן אוניברסלי מתואם (UTC) או כל אירוע מסוים של זמן המתרחשת בשני קטעי וידאו.<ol>
<li>אם משתמש חותמת זמן UTC, מסגרת-צעד קדימה וידאו שמאלה עד חותמת הזמן מתחיל שנייה חדש. עוד מסגרת לפנים עד אור פלאש או handclap מתרחשת.</li>
		<li>מסגרת-צעד וידאו נכון קדימה עד חותמת הזמן תואם בדיוק את הוידאו השמאלי. מסגרת עוד צעד קדימה עד הרגע המדויק הבזק אור או handclap תואם את הוידאו השמאלי. הערה: חשוב כי קטעי וידאו ניתן לסנכרן באותה המסגרת. וסינכרון וידאו צריך להיבדק באופן תקופתי באמצעות חותמת הזמן וידאו כדי להימנע המצלמה מסגרת להיסחף במהלך ניתוח. יד שצולמו ששיתפת אותנו יכול לשמש גם בבית ההתחלה ואת הסוף של הווידאו כדי לבדוק את זה נכון, סרטונים השמאלי היו שמסתנכרנות ל אותה מסגרת.</li>
	</ol>
</li>
	<li>לחץ על לחצן "נעל" כדי להבטיח סרטי וידאו לשחק ביחד, לשמור על סינכרון.</li>
</ol>2. ליצור נקודת ספירות ולחשב MaxN
הערה: כל דג מסומן בתחילה עם נקודה 2D לרזולוציה בטקסונומיה הנמוך ביותר האפשרי. דגים עם מזהה לא בטוח צריך להיות מסומן לסקירה מאוחרת יותר.
<ol><li>לחכות כדי להתחיל לספור דגים עד סוף סיבוב המצלמה מלאה כדי להבטיח כי נעשה שימוש מלא 360 מעלות. גם לחכות עד משקעים ניקה (בדרך כלל < 1-2 דקות לאחר מגע עם התחתון).<ol>
<li>ברגע. הנחתת מתחיל את הסיבוב הראשון שלו, קליק ימני כדי להגדיר תקופה מדגם חדש: 'תקופת הגדרות' > "הוסף תקופה התחלה חדשה". הזן שם המחזור הראשון בתור "01" ולחץ "אישור".</li>
	</ol>
</li>
	<li>כמו. הנחתת מסתובב, להתחיל סימון כל דג שמגיע למסגרת עם נקודה 2D באמצעות המצלמה השמאלית בלבד.<ol>
<li>כדי להוסיף נקודת 2D, לחץ לחיצה ימנית, בחר 'הוסף הצבע' ולאחר לבחור את השם הנכון מינים. תווית לשלב הנמוך ביותר האפשרי בטקסונומיה, בחירת 'spp.' עבור מינים לא מוכרים ולחץ "אישור".</li>
		<li>ממשיכים לסמן כל דג חדש לפי שלב 2.2.1 עד המסקנה של הסיבוב.</li>
	</ol>
</li>
	<li>חזור על פרוטוקול הליכים 2.1-2.2 עבור כל סיבוב הנחתת נוספים - להבטיח כי בתקופה חדשה זו מוגדרת בתחילת כל סיבוב המצלמה. הערה: מינים הצטברות עקומות שימשו כדי לקבוע כי שמונה סיבובים הספיקו, בממוצע לאפיין שפע דגים במחקר הנוכחי. חוקרים לשקול ביצוע בדיקות מקדימות עם צלמים נוספים סיבובים, לאורך יותר זמן להשרות פעמים, כדי לאפיין את המספר האופטימלי של המצלמה סיבובים בתוך מערכת אקולוגית מסוימת.</li>
	<li>לחשב סעיפים תלויי מין של יחידים שנצפו לכל סיבוב המצלמה.<ol>
<li>לאחר סבבים כל שנספרו, לייצא 2D נקודות על-ידי ניווט אל 'מדידה' > 'סיכומים מדידה' > ' מידות ' וללחוץ על שמור נקודות 2D a.txt.</li>
		<li>פתח את הקובץ נקודת 2D.txt שנשמרו כגיליון וליצור PivotTable של מינים לעומת מספר הסיבוב כדי לסכם ספירות (טבלה 1) על-ידי ניווט אל 'הוספה' > 'PivotTable'. בחר "סוג, מין" עבור 'תווית שורה', או "תקופה" עבור 'תוויות עמודה'.</li>
	</ol>
</li>
	<li>לבחור את MaxN עבור כל המינים על-ידי בחירת סיבוב המצלמה זה המספר הגדול ביותר של אנשים על פי הזן (טבלה 1).</li>
	<li>עבור הדגים מזוהה רק על סוג, בחר MaxN סוג ברמת סמך הסיבוב היה המספר הגדול ביותר של אנשים אשר זוהו מינים זה סוג מסוים. הערה: שלב זה מסייע להימנע דגים בודדים ספירת כפול שהיו רק לזיהוי קבוצות בטקסונומיה גבוה יותר (למשל, רק על סוג או משפחה). לדוגמה, ב- טבלה 1, ' סיבוב 1' הכיל 10 spp. Sebastes לא מזוהה וחברי 33 הסוג Sebastes לזהות מינים, ואילו ' סיבוב 3' הכיל רק שני spp. Sebastes לא מזוהה וחברי 43 הסוג של Sebastes לזהות מינים. לכן "סיבוב 3' ישמש עבור הרוזן MaxN spp. Sebastes לא ידוע בדרך זו, ההנחה השמרני מורכב זה 8 של spp. Sebastes לא מזוהה ב- ' סיבוב 1' זוהו ' סיבוב 8'.</li>
	<li>אם תשתתף בשלושה סבבים יש את ספירת MaxN זהה עבור זן מסוים, בחר את הסיבוב הראשון עם MaxN עבור מדידות תלת-ממד.</li>
	<li>עבור כל המינים, לבצע מדידות תלת-ממד של דגים בסבב שהתרחשו MaxN.<ol>
<li>השתמש בנקודות 2D שנשמרו שנאספו בשלבים 2.1-2.3 כדי לנווט אותו הדג המדויק עבור תלת ממדית.</li>
		<li>זום לפחות 4 X לזיהוי טוב יותר את קצה בקצה החוטם דגים ובקצה של סנפירים סימטרית (איור 3). הערה: יתכן צורך מסגרת צעד קדימה או אחורה כדי למצוא את הכיוון הטוב ביותר של הדג מדידה תלת-ממדית. הכיוון "הטוב ביותר" הוא אחד שבו החוטם והן קצוות הסנפירים סימטרית הגלויות בשתי מצלמות.</li>
		<li>באופן ידני לחץ על קצה החוטם, ואז על קצה הזנב למצלמה השמאלי, ולאחר מכן לחזור על הבחירה באותו סדר נכון וידאו.</li>
		<li>בחר לזן הנכונה מתוך התפריטים הנפתחים כפי שנעשה ב- 2.2.1.</li>
		<li>אם מדידה תלת-ממד אורך אינה אפשרית, עבור מופע אם בראש וזנב של הדג אינן גלויות ב שתי מצלמות, ואז לסמן נקודה תלת-ממד במקום זאת על ידי לחיצה שמאלה באותה התנוחה של הדג שני ימינה ושמאלה קטעי וידאו. למלא את שדות פרטי כמו לפני ולהשאיר ההערה "לא לכלול אורך מדידה". הערה: MaxN עלולה להתרחש על סיבובים שונים של המצלמות עבור מינים שונים; עם זאת, של מין מסוים, מדידות צריך להתרחש, בסיבוב אחד בלבד (טבלה 1).</li>
	</ol>
</li>
	<li>לאחר השלמת מדידות תלת-ממד עבור כל הדגים, לייצא קובץ נתונים as.txt עבור ניתוח נוסף.<ol>
<li>נווט אל 'מדידה' > 'סיכומים מדידה' > 'תלת-ממד נקודה ואורך מידות', וקובץ save.txt לייצוא.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 95% Z מרחק נוהל סקר תלויי מין אזורים
הערה: המרחק 95% Z הוא הערכה של המרחק הממוצע של שזן באופן אמין יכול להיות מזוהה במחקר נתון שיתופם של מקרים של מצבים יוצאי דופן של מים בהירות או תאורה. חישוב זה לוקח בחשבון את התנאים חקר הממוצע עבור מחקר נתון ולא יהיה צורך מחושב מחדש עבור כל מחקר חדש.
<ol><li>כדי לקבוע אם גודל המדגם הוא גדול מספיק כדי לאפיין את המרחק של זיהוי אמין עבור כל המינים לצפות בקבצים יש להשתמש בתוכנת עריכה התומכת בפורמט פשוט אתחול.<ol>
<li>עבור כל מחלקה גודל המדגם (למשל, דוגמת גודל פחים של 5 דגים), קח 1,000 מקרי שואבת של גודל המדגם הנבחר עם החלפת מן האוכלוסייה המדגם לחשב את ממוצעם 95% quantile של מרחקים של 1,000 אלה שואבת ואת מגרש וכתוצאה מכך עקומת אסימפטוטית. ראה קוד שסופקו ב משלימה קבצים 1 & 2.</li>
		<li>ודא כי דגימות נאותה התקבלו על-ידי השוואת גודל המדגם בפועל עם אסימפטוטה 95% Z מרחק עם הגדלת גודל המדגם.</li>
	</ol>
</li>
	<li>לחשב את הערך 95% Z מרחק כמו quantile 95% של מרחק ממצלמה יימדדו זן על פני כל הסקרים.</li>
	<li>לחשב את השטח יעיל שנסקרו עבור כל המינים באמצעות הערך 95% Z. הערה: במקרה של הנחתת מסתובב, מייצג הערך 95% Z הרדיוס החיצוני של אלומה הנסקר, עם רדיוס פנימי נקבעים על-ידי הגדרת הפיזי של הכלי, כמה קרוב לבסיס המצלמות מסוגלים לצפות. כמו. הנחתת מסתובב, אזור הסקר 'סופגנייה"בצורת נוצר (איור 4).<ol>
<li>לחשב את השטח סקר כמו: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56635/56635eq1.jpg"> הערה: לדוגמה, זן גדול יחסית כמו דג Yelloweye (Sebastes ruberrimus) היה במרחק 95% Z של 3.3 מטר, שטח סקר יעיל של 30.9 m2 לכל הנחתת פריסה: 34.3 m2 (עיגול חיצוני) - 3.4 מ'2 (הפנימית עיגול) = 30.9 m2 (סה כ סקר שטח).</li>
	</ol>
</li>
	<li>תוך שימוש בשטח המחושב סקר (שלב 3.3.1), המר מינים בודדים ספירות (MaxN) לתוך צפיפות הערכות על כל סקר חזותי באמצעות המשוואה: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56635/56635eq2v3.jpg"> הערה: הליך דומה ניתן להשתמש לחישוב נפחי צפיפות ולא של צפיפות בקירבה; עם זאת, התהליך הזה לא מתואר כאן.</li>
</ol><img alt="Table 1" src="/files/ftp_upload/56635/56635table1.jpg"> טבלה 1: טבלת סיכום דוגמה MaxN. הבחירה של MaxN עבור כל המינים הוא הפגין בטקסט מודגש ואדום. הערה MaxN השמרני עבור spp. Sebastes לא מזוהה נקבע על ידי הסיבוב עם רוב Sebastes לזהות מינים (סיבוב 3). בנוסף, בעוד מחקר זה נעשה שימוש שמונה סיבובים מצלמה, רק ארבעה סבבים מוצגים טבלה 1 לפשטות. התהליך לבחירת MaxN הוא זהה ללא קשר למספר סבבים.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56635/56635fig1.jpg"> איור 1: הנחתת וידאו סטריאו. חומרה מפתח ממוספרות (1) הטבור, 300 מ' (2) שני מקליטי וידאו דיגיטליים (DVR) עם כרטיסי אחסון נשלף של 32 ג'יגה-בתים בתוך הבקבוק עמיד למים, (3) נורית שני אורות שימוש בפלטי 3,000 lumens בטמפרטורה צבע של 5,000 K, ו- (4). שתי מצלמות ברזולוציה של קו (TVL) טלוויזיה 620. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56635/56635fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56635/56635fig2.jpg"> איור 2: כיול קוביה (500 מ מ x 500 מ"מ x 300 מ"מ). דוגמה של כיול באמצעות 'כיול קוביה' שמוצג שתי נטיות שונות: (א) בצד ימין של הקוביה נדחף לכיוון מצלמות, (ב') הפנים של הקוביה הוא מקביל פניו של המצלמות. הנקודות האדומות מציינות את נקודות ההתייחסות בשימוש בשיטה זו כיול מסוים, תמיד חייב להיות מזוהה לפי הסדר ממוספרות. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56635/56635fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56635/56635fig3.jpg"> איור 3: תלת ממדית מניחים על Sebastes miniatus. קצה החוטם ובסוף הזנב אותרו בכל מסגרת המצלמה כדי לאפשר מדידה סטריאו. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56635/56635fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56635/56635fig4.jpg"> איור 4: אזור שנסקרו על ידי הכלי הנחתת. שטח אפקטיבי שנסקרו על ידי הכלי הנחתת היה מוגבל על-ידי המינימום Z מרחק, ואת המרחק 95% Z עבור כל המינים. שימו לב כי אזור זה ליצור אמצעי אחסון 'סופגנייה"בצורת סקר מסביב. הנחתת. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56635/56635fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>

<ol>
	<li>Love, M. S., Yoklavich, M. M., Thorsteinson, L. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Rockfishes of the Northeast Pacific. , (2002).</li><li>Laidig, T. E., Watters, D. L., Yoklavich, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Demersal+fish+and+habitat+associations+from+visual+surveys+on+the+central+California+shelf.">Demersal fish and habitat associations from visual surveys on the central California shelf.</a> Estuar. Coast. Shelf Sci. 83 (4), 629-637 (2009).</li><li>Anderson, T. J., Yoklavich, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiscale+habitat+associations+of+deepwater+demersal+fishes+off+central+California.">Multiscale habitat associations of deepwater demersal fishes off central California.</a> Fish. Bull. 105 (2), 168-179 (2007).</li><li>Yoklavich, M. M., Cailliet, G. M., Sullivan, D. E., Lea, R. N., Love, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Habitat+associations+deep-water+rockfishes+a+submarine+canyon+an+example+of+a+natural+refuge.">Habitat associations deep-water rockfishes a submarine canyon an example of a natural refuge.</a> Fish. Bull. 98 (3), 625-641 (2000).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Status of the Pacific Coast Groundfish Fishery, Stock Assessment and Fishery Evaluation. , (2016).</li><li>Cappo, M., Harvey, E., Malcolm, H., Speare, P., Beumer, J. P., Grant, A., Smith, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Potential+of+video+techniques+to+monitor+diversity,+abundance+and+size+of+fish+in+studies+of+marine+protected+areas.">Potential of video techniques to monitor diversity, abundance and size of fish in studies of marine protected areas.</a> Aquatic protected areas- What works best and how do we know. , 455-464 (2003).</li><li>McLean, D. L., Green, M., Harvey, E. S., Williams, A., Daley, R., Graham, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+baited+longlines+and+baited+underwater+cameras+for+assessing+the+composition+of+continental+slope+deepwater+fish+assemblages+off+southeast+Australia.">Comparison of baited longlines and baited underwater cameras for assessing the composition of continental slope deepwater fish assemblages off southeast Australia.</a> Deep-Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 98, 10-20 (2015).</li><li>Parker, D., Winker, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Insights+from+baited+video+sampling+of+temperate+reef+fishes:+How+biased+are+angling+surveys.">Insights from baited video sampling of temperate reef fishes: How biased are angling surveys.</a> Fish. Res. 179, 191-201 (2016).</li><li>Boutros, N., Shortis, M. R., Harvey, E. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparison+of+calibration+methods+and+system+configurations+of+underwater+stereo-video+systems+for+applications+in+marine+ecology.">A comparison of calibration methods and system configurations of underwater stereo-video systems for applications in marine ecology.</a> Limnol. Oceanogr. Methodss. 13 (5), 224-236 (2015).</li><li>Harvey, E. S., Cappo, M., Butler, J. J., Hall, N., Kendrick, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bait+attraction+affects+the+performance+of+remote+underwater+video+stations+in+assessment+of+demersal+fish+community+structure.">Bait attraction affects the performance of remote underwater video stations in assessment of demersal fish community structure.</a> Mar. Ecol. Prog. Ser. 350, 245-254 (2007).</li><li>Watson, J. L., Huntington, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessing+the+performance+of+a+cost-effective+video+lander+for+estimating+relative+abundance+and+diversity+of+nearshore+fish+assemblages.">Assessing the performance of a cost-effective video lander for estimating relative abundance and diversity of nearshore fish assemblages.</a> J. Exp. Mar. Bio. Ecol. 483, 104-111 (2016).</li><li>Easton, R. R., Heppell, S. S., Hannah, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+of+Habitat+and+Community+Relationships+among+Nearshore+Temperate+Fishes+Through+Analysis+of+Drop+Camera+Video.">Quantification of Habitat and Community Relationships among Nearshore Temperate Fishes Through Analysis of Drop Camera Video.</a> Mar. Coast. Fish. 7 (1), 87-102 (2015).</li><li>Hannah, R. W., Blume, M. T. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tests+of+an+experimental+unbaited+video+lander+as+a+marine+fish+survey+tool+for+high-relief+deepwater+rocky+reefs.">Tests of an experimental unbaited video lander as a marine fish survey tool for high-relief deepwater rocky reefs.</a> J. Exp. Mar. Bio. Ecol. 430, 1-9 (2012).</li><li>Starr, R. M., Gleason, M. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeting+Abundant+Fish+Stocks+while+Avoiding+Overfished+Species:+Video+and+Fishing+Surveys+to+Inform+Management+after+Long-Term+Fishery+Closures.">Targeting Abundant Fish Stocks while Avoiding Overfished Species: Video and Fishing Surveys to Inform Management after Long-Term Fishery Closures.</a> Plos One. 11 (12), 0168645 (2016).</li><li>Love, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Certainly more than you want to know about the fishes of the Pacific Coast: a postmodern experience. , (2011).</li><li>Campbell, M. D., Pollack, A. G., Gledhill, C. T., Switzer, T. S., DeVries, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+relative+abundance+indices+calculated+from+two+methods+of+generating+video+count+data.">Comparison of relative abundance indices calculated from two methods of generating video count data.</a> Fish. Res. 170, 125-133 (2015).</li><li>Cappo, M., Speare, P., De'ath, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+baited+remote+underwater+video+stations+(BRUVS)+and+prawn+(shrimp)+trawls+for+assessments+of+fish+biodiversity+in+inter-reefal+areas+of+the+Great+Barrier+Reef+Marine+Park.">Comparison of baited remote underwater video stations (BRUVS) and prawn (shrimp) trawls for assessments of fish biodiversity in inter-reefal areas of the Great Barrier Reef Marine Park.</a> J. Exp. Mar. Bio. Ecol. 302 (2), 123-152 (2004).</li><li>Schobernd, Z. H., Bacheler, N. M., Conn, P. B., Trenkel, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Examining+the+utility+of+alternative+video+monitoring+metrics+for+indexing+reef+fish+abundance.">Examining the utility of alternative video monitoring metrics for indexing reef fish abundance.</a> Can. Jour. Fish. Aquat. Sci. 71 (3), 464-471 (2014).</li><li>Hansen, M. J., Schorfhaar, R. G., Selgeby, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gill-Net+Saturation+by+Lake+Trout+in+Michigan+Waters+of+Lake+Superior.">Gill-Net Saturation by Lake Trout in Michigan Waters of Lake Superior.</a> North Am. J. Fish. Manag. 18 (4), 847-853 (1998).</li><li>Dauk, P. C., Schwarz, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Catch+estimation+in+the+presence+of+declining+catch+rate+due+to+gear+saturation.">Catch estimation in the presence of declining catch rate due to gear saturation.</a> Biometrics. 57 (1), 287-293 (2001).</li><li>Hilborn, R., Walters, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Quantitative Fisheries Stock Assessment Choice, Dynamics and uncertainty. , (1992).</li><li>Erisman, B. E., Allen, L. G., Claisse, J. T., Pondella, D. J., Miller, E. F., Murray, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+illusion+of+plenty:+hyperstability+masks+collapses+in+two+recreational+fisheries+that+target+fish+spawning+aggregations.">The illusion of plenty: hyperstability masks collapses in two recreational fisheries that target fish spawning aggregations.</a> Can. Jour. Fish. Aquat. Sci. 68, 1705-1716 (2011).</li><li>Buckland, S. T., Anderson, D. R., Burnham, K. P., Laake, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Distance Sampling: Estimating abundance of biological populations. , (1993).</li><li>Ronconi, R. A., Burger, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimating+seabird+densities+from+vessel+transects:+Distance+sampling+and+implications+for+strip+transects.">Estimating seabird densities from vessel transects: Distance sampling and implications for strip transects.</a> Aquat. Bio. 4 (3), 297-309 (2008).</li><li>Caselle, J. E., Rassweiler, A., Hamilton, S. L., Warner, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recovery+trajectories+of+kelp+forest+animals+are+rapid+yet+spatially+variable+across+a+network+of+temperate+marine+protected+areas+Recovery+trajectories+of+kelp+forest+animals+are+rapid+yet+spatially+variable+across+a+network+of+temperate+marine+protected.">Recovery trajectories of kelp forest animals are rapid yet spatially variable across a network of temperate marine protected areas Recovery trajectories of kelp forest animals are rapid yet spatially variable across a network of temperate marine protected.</a> Nat. Publ. Gr. , 1-14 (2015).</li><li>Starr, R. M., Wendt, D. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Variation+in+Responses+of+Fishes+across+Multiple+Reserves+within+a+Network+of+Marine+Protected+Areas+in+Temperate+Waters.">Variation in Responses of Fishes across Multiple Reserves within a Network of Marine Protected Areas in Temperate Waters.</a> Plos One. 10 (3), 0118502 (2015).</li><li>Lester, S., Halpern, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biological+effects+within+no-take+marine+reserves:+a+global+synthesis.">Biological effects within no-take marine reserves: a global synthesis.</a> Mar. Ecol. Prog. Ser. 384, 33-46 (2009).</li></ol>

המחברים אין לחשוף

מדד MaxN מסורתיים המרקסיסטי מבוסס על הרעיון של ספירת מספר מינימלי מובטח של אנשים נוכחים במהלך סקר. אם מספר מסוים של דגים גלויים בו-זמנית בתוך מסגרת וידאו אחד, לא יכול להיות מתנה בכל פחות, אבל בגלל הדגים סלולרי והופץ heterogeneously, הסיכוי לראות את כל האנשים בו זמנית במהלך מסגרת וידאו אחת הוא נמוך . ל?...

לאורך החוף השקט בארה ב, רבים מהמינים חשובה הדיג המסחרי ובתחום הפנאי groundfish (למשל, שם מתחם (Sebastes spp.), Lingcod (Ophiodon elongatus)) משויכים מאוד בתי גידול תבליט, קשה-למטה1,2,3,4,5. מצלמות וידאו-סטריאו טיפה הינם כלי שאינו תעשיית הכרייה אטרקטיבי לשימוש בבתי גידול סלעיים בשל בקלות יחסית הפשטות של הפעולה. מגוון רחב של מערכות סטריאו-וידאו מצלמה פיתח ופרס מערכות אקולוגיות בחצי הכדור הדרומי, במים רדודים6,7,8,9,10, ו לאחרונה, טיפה-מצלמות וידאו השיגו המתיחה ככלי ניהול לסביבות רוקי-שונית במים עמוקים לאורך החוף השקט11,12,13. חיפשנו לשנות עיצובים קיימים אלה סטריאו-המצלמה באמצעות מערכת סטריאו-וידאו מצלמה (ןלהל "לנדר") לאפיין בצורה יעילה יותר אוכלוסיות דגים בתבליט seafloors לאורך החוף השקט המרכזי (ראה טבלה של חומרים). . הנחתת בשימוש היה שונה מאשר קיימות מערכות וידאו כי מצלמות רכוב לבר מסתובב במרכז, אשר איפשרה-360 ° של כיסוי של קרקע-מיקום ירידה14. . הנחתת השלים סיבוב מלא אחת לדקה, אשר אפשרה לנו במהירות לאפיין את שפע והרכב הקהילה של אזור ולהשיג את אותה רמת עוצמה סטטיסטית עם פריסות הנחתת פחות. (ראה סטאר (2016)14 ביתר פירוט המאפיינים של תצורת לנדר). בדיקות ראשוניות במערכת המחקר הציע כי שמונה סבבים של המצלמות בסקרים שלנו היו מספיקות לאפיין מינים השפע והעושר. קביעה זו נעשתה על ידי תצפית של תפוקה שולית פוחתת ב שפע מינים וצפיפות דגים מעל עוד טיפות. אנו ממליצים כי מחקר פיילוט כולל פעמים להשרות יותר להתנהל בכל מערכת חדשה כדי לקבוע את זמן להשרות אופטימלית עבור זן האקולוגית נתון/לימוד.
באמצעות מצלמות סטריאו לזווג, שניהם סה כ סקר שטח, צפיפות הדגים מוחלט ניתן לחשב עבור כל סקר וידאו; עם זאת, השימוש של סיבוב מצלמות המתחייבות השינוי של מדדים ספירת דגים מסורתיות. מערכות וידאו נייח להשתמש לרוב "MaxN" ספירה השמרני של דגים על פריסה6,10. MaxN מסורתית מתאר את המספר המרבי של דגים-מין נתון נצפו יחד מסגרת וידאו אחת, כדי מנייה כפולה דג יש שמאל וחזרו מסגרת. MaxN לכן כבר הערכה של המספר המינימלי של דגים ידועה להיות נוכח, עלול להמעיט דג אמיתי שפע6,10. מדד MaxN הוגדר מחדש כדי לייצג את המספר הגדול ביותר של דגים אצל כל סיבוב מלא של המצלמות.
השינוי השני לשיטות הקודמות וידאו סטריאו היתה לקחת בחשבון העובדה כי מינים בגדלים שונים, צבע, ויש צורות שונות ממרחקים המרבי של זיהוי אמין. לדוגמה, מינים גדולים כגון O. elongatus יש צורה מוארכת ברורים, ניתן לזהות באופן אמין במרחקים גדולים הרבה יותר בהשוואה מינים קטן ונסתר כגון שם Squarespot (Sebastes hopkinsi). אלה שונים טווחי מרבי detectability לשנות האזור יעיל שנדגם על ידי. הנחתת עבור כל המינים. כי המצלמות סטריאו מאפשרים לנו למקם את כל דג מרחב תלת-ממדי עם רמה גבוהה של דיוק, ניתן לקבוע את המרחק מן המצלמות אשר כל דג היה נמדד (קרי, "מרחק Z," בשם "ציר z" אשר בניצב לקו ישר נמשך בין המצלמות). עבור כל המינים, המרחק שבו נצפו 95% של כל האנשים (להלן "מרחק 95% Z") נחשב הרדיוס של אזור הסקר, שימש לחישוב שטח שנסקרו. בנוסף מאפיינים תלויי מין, identifiability ייפגע על ידי תנאים סביבתיים כגון עכירות המים. כי גורמים אלה יכול להשתנות בזמן ובמרחב, חשוב להשתמש הנתון הסטטיסטי 95% Z בלבד במצטבר. בזמן זה יהיה מאוד מדויקת עבור מדגמים גדולים, סקר בודדים אחד עשוי להשתנות באזור שנסקרו.
פרוטוקול שיפורטו להלן מספק הדרכה כיצד ליצור ולהשתמש מדדים אלה. למרות שהמוקד היה לאפיין בית גידול סלעיים שמאכלסת לאורך החוף השקט, המתודולוגיה המתוארת לספירת MaxN ששונה ישימה ברצון לכל מערכת טיפה-המצלמה מסתובבת. מספר סבבים המצלמה צריכה לאפיון אוכלוסיות דגים יהיה תלוי dynamics האקולוגית המקומית, אך וימשיג MaxN ששונה יישאר זהה. באופן דומה, ואילו היינו תוכנה אורטופוטו תלת-ממד כדי לנתח וידאו סטריאו, מהטכניקות שתוארו בזאת בקלות מוחלים על פני פלטפורמות תוכנה, כל עוד המיקום המדויק. של דג בתוך מרחב תלת-ממדי אפשרית. בנוסף, הגישה של החלת ערך 95% Z מרחק יכול להיחשב בעתיד מחקרים עם סטריאו-מצלמות עבור טווחים ספציפית של detectability ו לחישוב מדויק יותר שפע דגים.

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

development of new methods for quantifying fish density using underwater stereo-video tools

השימוש במערכות מצלמת וידאו במחקרים אקולוגיים של דגים ימשיך לתוכניותיך כשיטה מעשית, שאינם תעשיית הכרייה של מדידה אורכים דגים ושפע דגים הערכה. אנחנו פיתח, ליישם כלי מצלמת וידאו סטריאו מסתובב מכסה מלא של 360 מעלות של הדגימה, פטנטי מאמץ הדגימה בהשוואה לכלים נייח המצלמה. מגוון רחב של מחקרים יש מפורט את היכולת של מערכות סטטיות, סטריאו-מצלמה כדי לקבל מדידות ומדויקים מאוד של דגים; במוקד הדיון כאן היה על הפיתוח של גישות מתודולוגיים לכמת צפיפות הדגים באמצעות מערכות המצלמה מסתובבת. הגישה הראשונה הייתה לפתח שינוי של מדד MaxN, אשר בדרך כלל הוא ספירה השמרני של המספר המינימלי של דגים מובחנים סקר המצלמה נתון. אנו מגדירים מחדש MaxN להיות המספר המרבי של דגים נצפו כל סיבוב נתון של מערכת המצלמה. כאשר אמצעי זהירות נלקחים כדי מנייה כפולה, שיטה זו עבור MaxN עשוי לשקף באופן מדויק יותר שפע אמיתי מזה המתקבל מצלמה קבועה. שנית, משום סטריאו-video מאפשר דגים כדי להיות ממופה במרחב תלת-ממדי, ניתן לקבל הערכות מדויקות של המרחק-מן-המצלמה עבור כל דג. באמצעות את אחוזון 95% של המרחק שנצפה מהמצלמה להקים אזורי תלויי מין שנסקרו, איננו מתחשבים ההבדלים detectability בין מינים תוך הימנעות דילול בצפיפות הערכות באמצעות המרחק המקסימלי שהיה זן נצפתה. הנהלת חשבונות עבור טווח זה של detectability הוא קריטי כדי לאמוד במדויק דגים abundances. מתודולוגיה זו יקל על השילוב של סיבוב כלי סטריאו-וידאו מדע שימושי והן ניהול הקשרים.

בין 2013-2014, ערכנו סקרי 816 עם הנחתת סטריאו-וידאו (איור 1) מסתובב לאורך חוף קליפורניה המרכזי, MaxN ו- 95% Z מרחק (איור 4) נתונים שנאספו על יותר מ-20 מינים. נמצאו דפוסים ברורים יעיל לזיהוי מגוון מינים שנצפו, ככל הנראה בשל האינטראקציה של מינים גודל, צורה, צ...

Watch this Scientific Journal Video about Development of New Methods for Quantifying Fish Density Using Underwater Stereo-video Tools at JoVE.com

Development of New Methods for Quantifying Fish Density Using Underwater Stereo-video Tools

אנו מתארים שיטה חדשה כולל דגים, אומדן השפע היחסי (MaxN) וצפיפות דגים באמצעות סיבוב מערכות סטריאו-וידאו מצלמה. גם נדגים כיצד להשתמש במרחק מהמצלמה (מרחק Z) כדי להעריך detectability תלויי מין.

פיתוח שיטות חדשות לכימות תנועת הדגים בצפיפות בכלים סטריאו-וידאו תת-מימי

The use of video camera systems in ecological studies of fish continues to gain traction as a viable, non-extractive method of measuring fish lengths and ...

development-new-methods-for-quantifying-fish-density-using-underwater

Research

JoVE Journal

Environment

9.2K Views.  Moss Landing Marine Laboratories. אנו מתארים שיטה חדשה כולל דגים, אומדן השפע היחסי (MaxN) וצפיפות דגים באמצעות סיבוב מערכות סטריאו-וידאו מצלמה. גם נדגים כיצד להשתמש במרחק מהמצלמה (מרחק Z) כדי להעריך detectability תלויי מין.

Video: Development of New Methods for Quantifying Fish Density Using Underwater Stereo-video Tools

Quantitatively Measuring In situ Flows using a Self-Contained Underwater Velocimetry Apparatus (SCUVA)

The ability to directly measure velocity fields in a fluid environment is necessary to provide empirical data for studies in fields as diverse as oceanography, ecology, biology, and fluid mechanics. Field measurements introduce practical challenges such as environmental conditions, animal availability, and the need for field-compatible measurement techniques. To avoid these challenges, scientists typically use controlled laboratory environments to study animal-fluid interactions. However, it is reasonable to question whether one can extrapolate natural behavior (i.e., that which occurs in the field) from laboratory measurements. Therefore, in situ quantitative flow measurements are needed to accurately describe animal swimming in their natural environment.
We designed a self-contained, portable device that operates independent of any connection to the surface, and can provide quantitative measurements of the flow field surrounding an animal. This apparatus, a self-contained underwater velocimetry apparatus (SCUVA), can be operated by a single scuba diver in depths up to 40 m. Due to the added complexity inherent of field conditions, additional considerations and preparation are required when compared to laboratory measurements. These considerations include, but are not limited to, operator motion, predicting position of swimming targets, available natural suspended particulate, and orientation of SCUVA relative to the flow of interest. The following protocol is intended to address these common field challenges and to maximize measurement success.

Quantitatively Measuring In situ Flows using a Self-Contained Underwater Velocimetry Apparatus SCUVA

This protocol provides instructions on how to use a self-contained underwater velocimetry apparatus (SCUVA), which is designed for quantification of in situ animal-generated flows. In addition, this protocol addresses challenges posed by field conditions, and includes operator motion, predicting position of animals, and orientation of SCUVA.

ולמדוד באופן כמותי באתרו תזרימי באמצעות מנגנון עצמאי velocimetry תת (SCUVA)

The ability to directly measure velocity fields in a fluid environment is necessary to provide empirical data for studies in fields as diverse as ...

Bioengineering

Methods for Image-based Surveys of Benthic Macroinvertebrates and Their Habitat Exemplified by the Drop Camera Survey for the Atlantic Sea Scallop

Underwater imaging has long been used in the field of marine ecology but decreasing costs of high-resolution cameras and data storage have made the approach more practical than in the past. Image-based surveys allow for initial samples to be revisited and are non-invasive compared to traditional survey methods that typically involve nets or dredges. Protocols for image-based surveys can vary greatly but should be driven by target species behavior and survey objectives. To demonstrate this, we describe our most recent methods for an Atlantic sea scallop (Placopecten magellanicus) drop camera survey to provide a procedural example and representative results. The procedure is divided into three critical steps that include survey design, data collection, and data products. The influence of scallop behavior and the survey goal of providing an independent assessment of the U.S. sea scallop resource on the survey procedure are then discussed in the context of generalizing the method. Overall, the broad applicability and flexibility of the University of Massachusetts Dartmouth School for Marine Science and Technology (SMAST) drop camera survey demonstrates the method could be generalized and applied to a variety of sessile invertebrates or habitat focused research.

Image based surveying is an increasingly practical, non-invasive method to sample the marine environment. We present the protocol of a drop camera survey that estimates the abundance and distribution of the Atlantic sea scallop (Placopecten magellanicus). We discuss how this protocol can be generalized for application to other benthic macroinvertebrates.

שיטות מבוססות-תמונה סקרים Macroinvertebrates בנתיק ואת הגידול שלהם כשניסחתי את הסקר המצלמה טיפה על צדפת הים האטלנטי

Underwater imaging has long been used in the field of marine ecology but decreasing costs of high-resolution cameras and data storage have made the ...

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

We present a protocol related to a video-tracking technique based on the background subtraction and image thresholding that makes it possible to individually track cohoused animals. We tested the tracking routine with four cohoused Norway lobsters (Nephrops norvegicus) under light-darkness conditions for 5 days. The lobsters had been individually tagged. The experimental setup and the tracking techniques used are entirely based on the open source software. The comparison of the tracking output with a manual detection indicates that the lobsters were correctly detected 69% of the times. Among the correctly detected lobsters, their individual tags were correctly identified 89.5% of the times. Considering the frame rate used in the protocol and the movement rate of lobsters, the performance of the video tracking has a good quality, and the representative results support the validity of the protocol in producing valuable data for research needs (individual space occupancy or locomotor activity patterns). The protocol presented here can be easily customized and is, hence, transferable to other species where the individual tracking of specimens in a group can be valuable for answering research questions.

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

Here we present a protocol to individually track animals over a long period of time. It uses computer vision methods to identify a set of manually constructed tags by using a group of lobsters as case study, simultaneously providing information on how to house, manipulate, and mark the lobsters.

מעקב וידאו לטווח ארוך של בעלי חיים ימיים Cohoused: חקר מקרה של הפעילות גינקולוגיות יומי של הלובסטר של נורבגיה (Nephrops norvegicus)

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

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

Structure-from-motion (SfM) photogrammetry is a technique used to generate three-dimensional (3D) reconstructions from a sequence of two-dimensional (2D) images. SfM methods are becoming increasingly popular as a noninvasive way to monitor many systems, including anthropogenic and natural landscapes, geologic structures, and both terrestrial and aquatic ecosystems. Here, a detailed protocol is provided for collecting SfM imagery to generate 3D models of benthic habitats. Additionally, the cost, time efficiency, and output quality of employing a Digital Single Lens Reflex (DSLR) camera versus a less expensive action camera have been compared. A tradeoff between computational time and resolution was observed, with the DSLR camera producing models with more than twice the resolution, but taking approximately 1.4-times longer to produce than the action camera. This primer aims to provide a thorough description of the steps necessary to collect SfM data in benthic habitats for those who are unfamiliar with the technique as well as for those already using similar methods.

We provide a detailed protocol for conducting underwater structure-from-motion photogrammetry surveys to generate 3D models and orthomosaics.

פריימר שדה לניטור מערכות אקולוגיות בנטיות באמצעות פוטוגרמטריה של מבנה מתנועה

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

Behavioral Tracking and Neuromast Imaging of Mexican Cavefish

Cave-dwelling animals have evolved a series of morphological and behavioral traits to adapt to their perpetually dark and food-sparse environments. Among these traits, foraging behavior is one of the useful windows into functional advantages of behavioral trait evolution. Presented herein are updated methods for analyzing vibration attraction behavior (VAB: an adaptive foraging behavior) and imaging of associated mechanosensors of cave-adapted tetra, Astyanax mexicanus. In addition, methods are presented for high-throughput tracking of a series of additional cavefish behaviors including hyperactivity and sleep-loss. Cavefish also show asociality, repetitive behavior and higher anxiety. Therefore, cavefish serve as an animal model for evolved behaviors. These methods use free-software and custom-made scripts that can be applied to other types of behavior. These methods provide practical and cost-effective alternatives to commercially available tracking software.

Here, we present methods for high-throughput study of a series of the Mexican cavefish behaviors and vital staining of a mechanosensory system. These methods use free-software and custom-made scripts, providing a practical and cost-effective method for the studies of behaviors.

מעקב אחר התנהגות והדימות Neuromast של Cavefish מקסיקני

Cave-dwelling animals have evolved a series of morphological and behavioral traits to adapt to their perpetually dark and food-sparse environments. Among ...

Behavior

Long-term Behavioral Tracking of Freely Swimming Weakly Electric Fish

Long-term behavioral tracking can capture and quantify natural animal behaviors, including those occurring infrequently. Behaviors such as exploration and social interactions can be best studied by observing unrestrained, freely behaving animals. Weakly electric fish (WEF) display readily observable exploratory and social behaviors by emitting electric organ discharge (EOD). Here, we describe three effective techniques to synchronously measure the EOD, body position, and posture of a free-swimming WEF for an extended period of time. First, we describe the construction of an experimental tank inside of an isolation chamber designed to block external sources of sensory stimuli such as light, sound, and vibration. The aquarium was partitioned to accommodate four test specimens, and automated gates remotely control the animals&#39; access to the central arena. Second, we describe a precise and reliable real-time EOD timing measurement method from freely swimming WEF. Signal distortions caused by the animal&#39;s body movements are corrected by spatial averaging and temporal processing stages. Third, we describe an underwater near-infrared imaging setup to observe unperturbed nocturnal animal behaviors. Infrared light pulses were used to synchronize the timing between the video and the physiological signal over a long recording duration. Our automated tracking software measures the animal&#39;s body position and posture reliably in an aquatic scene. In combination, these techniques enable long term observation of spontaneous behavior of freely swimming weakly electric fish in a reliable and precise manner. We believe our method can be similarly applied to the study of other aquatic animals by relating their physiological signals with exploratory or social behaviors.

We describe a set of techniques for studying spontaneous behavior of freely swimming weakly electric fish over an extended period of time, by synchronously measuring the animal&#39;s electric organ discharge timing, body position and posture both accurately and reliably in a specially designed aquarium tank inside a sensory isolation chamber.

לטווח ארוך התנהגות מעקב של Freely בריכה בחולשת דגים חשמליים

Long-term behavioral tracking can capture and quantify natural animal behaviors, including those occurring infrequently. Behaviors such as exploration and ...

Neuroscience

Measuring the Structure, Composition, and Change of Underwater Environments with Large-area Imaging

Digital imaging and processing technology have evolved to facilitate the expansion of large-area imaging surveys, which increase our capacity to study the status, trends, and dynamics of organisms living in subtidal habitats. By creating photo-realistic digital twins for ex situ analyses, these approaches allow small field teams to collect substantially more data than was previously possible. Here we present a four-step, large-area imaging survey pipeline and analysis methodology, including image collection, model construction, ecological analysis, and data curation, that has been developed and refined through experimentation over the past decade. Each step described has a consistent focus on the unique value of the original source imagery. While types of data extracted from large-area image surveys are vast, we include here workflows to extract ecological data for structural complexity, community composition, and demographic analyses valuable for monitoring and hypothesis-driven efforts. We additionally include recommendations for metadata standards, which complement the collection of large-area imaging data and support archival efforts facilitating transparency and collaboration between research groups.

This protocol covers a four-step large-area imaging survey methodology used to extract metrics of structural complexity, community composition, and population demographics for coral reef communities. The quality of imagery collected and integrated access to the source imagery are prioritized within each step of the protocol.

מדידת המבנה, ההרכב והשינוי של סביבות תת-מימיות באמצעות הדמיה בשטח גדול

Digital imaging and processing technology have evolved to facilitate the expansion of large-area imaging surveys, which increase our capacity to study the ...

Quantifying Fish Swimming Behavior in Response to Acute Exposure of Aqueous Copper Using Computer Assisted Video and Digital Image Analysis

Behavioral responses of aquatic organisms to environmental contaminants can be precursors of other effects such as survival, growth, or reproduction. However, these responses may be subtle, and measurement can be challenging. Using juvenile white sturgeon (Acipenser transmontanus) with copper exposures, this paper illustrates techniques used for quantifying behavioral responses using computer assisted video and digital image analysis. In previous studies severe impairments in swimming behavior were observed among early life stage white sturgeon during acute and chronic exposures to copper. Sturgeon behavior was rapidly impaired and to the extent that survival in the field would be jeopardized, as fish would be swept downstream, or readily captured by predators. The objectives of this investigation were to illustrate protocols to quantify swimming activity during a series of acute copper exposures to determine time to effect during early lifestage development, and to understand the significance of these responses relative to survival of these vulnerable early lifestage fish. With mortality being on a time continuum, determining when copper first affects swimming ability helps us to understand the implications for population level effects. The techniques used are readily adaptable to experimental designs with other organisms and stressors.

Measuring the impacts of environmental contaminants on fish behavior is often subjective and challenging particularly when dealing with sublethal endpoints. We describe methods including video technology to quantify swimming behavior of early life stage white sturgeon (Acipenser transmontanus) during and after 96 hr acute exposures to various concentrations of copper.

כימות התנהגות שחי דגים בתגובה לחשיפה אקוטית של נחושת מהימית באמצעות וידאו בסיוע מחשב דיגיטלי ניתוח תמונה

Behavioral responses of aquatic organisms to environmental contaminants can be precursors of other effects such as survival, growth, or reproduction.  ...

Using an Automated 3D-tracking System to Record Individual and Shoals of Adult Zebrafish

Like many aquatic animals, zebrafish (Danio rerio) moves in a 3D space. It is thus preferable to use a 3D recording system to study its behavior. The presented automatic video tracking system accomplishes this by using a mirror system and a calibration procedure that corrects for the considerable error introduced by the transition of light from water to air. With this system it is possible to record both single and groups of adult zebrafish. Before use, the system has to be calibrated. The system consists of three modules: Recording, Path Reconstruction, and Data Processing. The step-by-step protocols for calibration and using the three modules are presented. Depending on the experimental setup, the system can be used for testing neophobia, white aversion, social cohesion, motor impairments, novel object exploration etc. It is especially promising as a first-step tool to study the effects of drugs or mutations on basic behavioral patterns. The system provides information about vertical and horizontal distribution of the zebrafish, about the xyz-components of kinematic parameters (such as locomotion, velocity, acceleration, and turning angle) and it provides the data necessary to calculate parameters for social cohesions when testing shoals.

The use of a 3D automatic video system that can track individual and groups of zebrafish is described. As application example we explore the effects of the NMDA-receptor antagonist MK-801 on shoals of zebrafish.

Like many aquatic animals, zebrafish (Danio rerio) moves in a 3D space. It is thus preferable to use a 3D recording system to study its behavior. The ...

Biology

Anesthesia-free Heartbeat Measurements in Freely Moving Zebrafish

Zebrafish (Danio rerio) is a widely used model organism in physiological, pharmacological, and toxicological research due to its genetic similarity to humans and transparent embryonic stage, which facilitates non-invasive cardiovascular studies. However, current methods for heart rate assessment in zebrafish often rely on anesthesia to immobilize the subject, introducing physiological alterations that compromise data accuracy and reproducibility. This study presents a novel, anesthesia-free technique for measuring heartbeat in freely moving zebrafish larvae, addressing a critical limitation in cardiovascular research. The proposed approach integrates shortwave-infrared imaging with machine-learning-based heart tracking, allowing for precise and continuous cardiac activity monitoring in non-immobilized specimens. A convolutional neural network was trained to detect the heart region, and a photoplethysmographic signal was extracted from image sequences to determine heart rate. Experimental validation demonstrated the method's reliability and consistency across multiple test conditions. A key benefit of the methodology is its ability to preserve the natural physiological state of zebrafish, minimizing stress-induced artifacts. This non-invasive, label-free technique offers significant advantages for studying cardiovascular physiology, drug cardiotoxicity, and environmental toxicology, expanding the potential applications of zebrafish as a model for biomedical research.

The study aims to develop technology for anesthesia-free heartbeat measurements in moving zebrafish. Our approach combines shortwave-infrared imaging and machine-learning-based tracking of the heart. It is a non-invasive, label-free, and user-friendly technique that suits a wide range of studies on the zebrafish model.

מדידות דופק ללא הרדמה בדג זברה הנע בחופשיות

Zebrafish (Danio rerio) is a widely used model organism in physiological, pharmacological, and toxicological research due to its genetic similarity to ...