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海水觀賞魚種魚行為辨識套組開發

資料來源:行政院農業委員會水試所/鄭明忠

觀賞水族逐漸成為僅次於犬貓的全球第三大寵物市場,近幾年來亦穩定的持續成長。海水觀賞魚因具有優美體態及艷麗色彩,在生態系中又兼具特殊的生態地位,常成為水族市場中較受歡迎的品種。但大量捕抓導致野生數量的減少也破壞了自然生態平衡。因此,為了滿足市場的需求,人工繁殖是未來的趨勢。透過觀賞水族養殖環境監控與影像辨識智能模組化設施等設備,提供具經濟效益之養殖場域環境模組化改良,作為未來推廣模組化設施之跨域產業聯盟,有效落實產業上下游整合。

目前具水生動物影像行為開發多以經濟性魚種為開發主要項目,在淡水觀賞魚類中斑馬魚行為開發項目被規於行為模式之主要魚種,斑馬魚的行為也被廣範應用於生技、醫療及其他精準的動物行為軌跡研究應用上之參考。利用記錄行為影像探討海葵魚之社交之行為模式,經側錄3D立體畫面方式記錄軌跡並追蹤模擬行為實驗以海葵魚生殖互動及補食行為演算分析出事件並預以記錄,以利後台人員進行維護及管理方式擬定蓄養策略。

以下分為三個部分進行探討:

一、 影像處理辨識技術

建立海葵魚種魚行為影像辨識系統技術,藉由影像處理辨識技術,推出創新性之實驗軟體及設備提供了海葵魚行為模式以利研究者在可控的實驗環境中獲取準確可靠的追蹤數據。海葵魚種魚之行為影像利用辨識技術(演算法)透過雙鏡頭高階攝影主機(魚缸上方與側方)進行影像側錄,並以融合辨識演算、魚體移動軌跡追蹤演算及魚體標籤演算進行分析,可非常精準追蹤及記錄海葵魚行為軌跡。本系統將完整紀錄生殖活動進行記錄分析,並根據後台管理需求調控制種魚管理條件。

圖1、觀賞魚種魚行為辨識分析設備將攝影機裝設圖1、觀賞魚種魚行為辨識分析設備將攝影機裝設
圖2、觀賞魚種魚行為辨識分析主要分析流程功能圖2、觀賞魚種魚行為辨識分析主要分析流程功能

二、 建立AI種魚行為影像辨識系統開發

為了解種魚行為模式及自動化影像數據收集進行生殖行為記錄,海葵魚種魚行為辨識影像先預以去背、二值化後標籤魚體。並與前幅影像比對,記錄魚體洄游軌跡,透過雄魚及雌魚進出產卵房的滯留時間,分別進行產卵前、產卵與護卵等行為紀錄(圖3)。以一對白條海葵魚生殖行為模式計錄產卵初期之清床及游泳行為改變,並觀察生殖過程中雌魚產卵及對外警戒的次數與方式,雄魚排精後行為模式及產卵結束後親魚以胸鰭搧動水流並以口啄除死卵等護卵等行為進行分析,研究發現越接近孵化日雄魚以胸、尾鰭扇動水流之頻率增加,即使是在夜間微光的環境中,親魚之護卵行為仍會持續至仔魚全部孵化為止,透過影像辨識可計錄到產卵時間點、受精卵之定位點及單位面積卵量之分佈等計算受精卵及預估孵化率等數據,達到後期管理及育苗之參考。

圖3、海葵魚進行生殖行為影像記錄圖3、海葵魚進行生殖行為影像記錄

三、 水質監控與魚類行為系統化

魚類行為自動識別所涉及的技術與水質預警系統整合,目的為可達到監測水質變化及影像行為預測進行反潰親魚之緊迫行為而建立之預警之應用。水質監測設備架設於循環水系統處,結合本研究設立之海水觀賞魚水質環境改善自動化監控提供緊急供氣系統及通報系統整合可利用高密度養殖供氧調節機制自動化控制接管養殖系統,待溶氧不足自動啟動增氧設備,重建種魚養殖循環水系統以利高密度自動化養殖試驗,目前透過養殖系統建立以完成監測控配對種魚80對。本研究建構海葵魚維生系統以改善進排水設施將原本模廠培育系統養殖供水控制自動化,透過海水觀賞魚養殖環境改善以自動化控制系統增加本場域之管理效能。

結語,本場域透過開發種魚行為影像辨識系統與水質監控感測系統整合,提供更精準與低成本之感測與聯網功能提供實際養殖場運用。具經濟效益之養殖場域環境模組化改良,單元式模組結合智能環控設備,作為未來推廣模組規格化設施(如感控聯網系統、智慧回饋控制、AI種魚行為影像辨識系統及投餵設備)之跨域產業聯盟。
網站瀏覽者對此研發成果有興趣時,可與研發團隊聯絡的方式,以下可自行選擇填寫。

▲研發團隊:行政院農業委員會水產試驗所東部海洋生物研究中心

聯絡人:鄭明忠 副研究員

電話:089-850090#402

E-mail:mjcheng@mail.tfrin.gov.tw

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