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Kamerabasierte Schleppnetze

Bestimmung von Fischbeständen mittels Stereokameras

Um Fischbestände mit Hilfe von Bilderfassungs- und Gesichtserkennungstechnologien optimal erheben zu können, entwickelte die NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) zusammen mit der NMFS (National Marine Fisheries Service) ein kamerabasiertes Schleppnetz (CAM-Trawl).

 Zur Erfassung von Fischbest?nden wurden bisher riesige Netze ins Meer geworfen, und die gefangenen Fische ausgez?hlt und auf das Gebiet hochgerechnet. (Bild: ADL Embedded Solutions GmbH)

Zur Erfassung von Fischbeständen wurden bisher riesige Netze ins Meer geworfen, und die gefangenen Fische ausgez?hlt und auf das Gebiet hochgerechnet. (Bild: ADL Embedded Solutions GmbH)

Das NMFS Alaska Fisheries Science Center ist die Forschungsabteilung der NOAA. Diese erforscht lebende Meeresressourcen in den Küstengewässern von Alaska und Teilen der Westküste der Vereinigten Staaten. Die ca. 3Mio. Quadratmeilen große Region umfasst den Nordpazifik und das östliche Beringmeer. Die Gewässer sind Heimat einer der größten Meeressäugerpopulationen. Die Erhaltung und Bewirtschaftung von Fischbeständen hängt stark von der Erfassung der dort lebenden Fische ab. Traditionell geschieht dies mit Hilfe von Fischtrawlern, die mit akustischen Geräten und Grundschleppnetzen ausgerüstet sind und riesige Netze ins Meer werfen, um in einem bestimmten Bereich, so viele Fische wie möglich zu fangen. Diese werden an Bord gebracht und für die Erhebung manuell ausgezählt. Die Methode weist allerdings Mängel auf:

  • Fehler, die sich beim Hochrechnen der erhobenen Daten von kleinen Gebieten auf große Gebiete ergeben;
  • Fehler beim Hochrechnen der relativ langen Zeit für das Fangen und Zählen zur realen Fischpopulation;
  • hoher Zeitaufwand und Kosten für die manuelle Erhebung mit Schleppnetzen;
  • einige Fischarten sind zu klein und schlüpfen durch die Netze;
  • zudem beeinträchtigen die im Zuge der Erhebung mit den Schleppnetzen getöteten Fische die lokale Fischpopulation.

 

Kamerabasierte Schleppnetze

 Das CAM-Trawl-System ist ein Stereokamerasystem, das am Ende eines Schleppnetzes angebracht ist. Durch das Fehlen des Steerts gelangen die Fische nach der erfassung ins Meer zur?ck. (Bild: ADL Embedded Solutions GmbH)

Das CAM-Trawl-System ist ein Stereokamerasystem, das am Ende eines Schleppnetzes angebracht ist. Durch das Fehlen des Steerts gelangen die Fische nach der erfassung ins Meer zurück. (Bild: ADL Embedded Solutions GmbH)

Aufgrund dieser Probleme arbeiten die NOAA und der NMFS seit einigen Jahren an einer kamerabasierten Schleppnetztechnologie (CAM-Trawl), die diese Probleme mit Hilfe der Bilderfassungs- und Gesichtserkennungstechnologie lösen soll. Das CAM-Trawl-System ist ein in sich geschlossenes Stereokamerasystem, das am hinteren Ende eines Schleppnetzes anstelle des Steertes angebracht ist. Durch das Fehlen des Steertes gelangen die Fische nach der Bilderfassung wieder unversehrt ins Meer zurück. Die erfassten Bilddaten liefern viele Informationen, die üblicherweise nur durch traditionelle Schleppnetzmethoden über Fische erlangt werden können. Das Stereokamerasystem besteht aus zwei industriellen Bildverarbeitungskameras, sechs ODS75-LED-Strobes, einem Computer, einem Mikrocontroller, Sensoren und einer Akku-Stromversorung. Als Kameras kommen zwei hochauflösende RM-4200GE-Kameras von JAI zum Einsatz, die 4MP Bilder mit bis zu 15fps aufnehmen können. Die Kameras sind mit 8mm f/3,5-Stereographie-Projektionsobjektiven ausgestattet, die in Kombination mit einem gewölbten Ansichtsfenster und einem +5-Dioptrien-Adapter ein Sichtfeld von 80 Grad bieten. Die Gehäuse sind auf einem 22x85cm großen Rahmen mit einem Grundlinienabstand von 50cm und einem Winkel von 5 Grad zueinander fixiert. Der Computer zur Bilderfassung (Vision Box), der Mikrocontroller und die Sensoren befinden sich in einem IP67-Aluminiumgehäuse mit einem Durchmesser von 15cm. Alle Komponenten werden am Ende des Schleppnetzes auf einem Aluminiumrahmen befestigt. Wasserdichte Anschlüsse verbinden die kombinierte Stromversorgung und GigE-Leitungen mit den Kameras. Um den Bildanalyseprozess zu vereinfachen, wurden die Schleppnetzmaschen im Bereich des Kamerasystems entfernt. Mit Hilfe der Strömung wurde der Kamerarahmen während des Schleppens in einer vertikalen Position gehalten. Ein Treibanker dient zur Stabilisierung des Kamerarahmens am Ende des Schleppnetzes.

Fischbestände in Echtzeit

Bei den bisherigen Generationen des CAM-Trawl-Systems waren die Bilderfassung, Speicherung der Bilder auf Wechselspeichermedien und die anschließende Analyse im Labor ein langwieriger Prozess. Um eine Erfassung der Fischbestände in Echtzeit zu ermöglichen, optimierte ADL Embedded Solutions in Zusammenarbeit mit dem NMFS beide Computerteile des CAM-Trawl-Systems. Die Verbesserungen umfassen ein Upgrade auf GenICAM-kompatible Vision-Plattformen, Umrüstung des Systemgehäuses auf IP67; die Aufrüstung auf einen Quad-Core Intel Core i7-Prozessor zur Echtzeitverarbeitung von Bilddaten sowie Entwicklung und Bau eines robusten Computersystemes mit kleinem Formfaktor. Mit der realisierten Computerlösung wurden alle Ziele des Projektes erreicht: Die Meeresforscher können die zum Erhalt der Fischbestände erforderlichen Daten nun in Echtzeit analysieren. Das neue CAM-Trawl-System besteht aus einem Steuerrechner (Control Unit), sowie einem Computer zur Bilderfassung und -verarbeitung (Vision Box). Beide Systeme basieren auf Intels Quad Core i7 Prozessoren, sind in wasserdichten IP67 Gehäusen aus Edelstahl untergebracht und verfügen über extern zugängliche SSDs. Der Vision PC enthält die Kameraschnittstelle mit bis zu 6xGigE-Vision. Er steuert die Bilderfassung, analysiert die Bilder mit vier x86-Rechenkernen des i7 Prozessors in Echtzeit und speichert die Bilder einschließlich der Metadaten für Daten/Zeit, Fischart etc. Der Steuerrechner befindet sich meist im Ruderhaus. Er überwacht und speichert die externen Sensorsignale inkl. Geodaten, Zeit und Druck, liest RFID-Tags aus und stimmt anhand der Sensoreingänge eine oder mehrere Vision-Boxen aufeinander ab. „Die Ergebnisse des neuen FMA-Systemes waren nach der experimentellen Schleppnetzerfassung im Jahr 2016 sehr positiv. Zurzeit werden die wichtigsten Komponenten des neuen Systemes standardisiert, damit das Echtzeit-System zur Erfassung von Fischbeständen in naher Zukunft für viele weitere Erhebungen weltweit in Serie gehen kann“, so das Fazit von Martin Kristof, Geschäftsführer der ADL Embedded Solutions. n @Kontakt – NEW: @Kontakt – NEW:www.adl-europe.com

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