複雑系アプローチによる藻場環境シミュレータの構築と藻場の生態系レジリエンスの解明

使用复杂系统方法构建海藻床环境模拟器并阐明海藻床生态系统的恢复力

• 批准号: 20K12265
• 负责人: 福見 淳二
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Anan National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K12265/
• 关键词: 360°カメラ; 単眼深度推定モデル; 藻場モデル水槽; マルチエージェントシステム; カオス・フラクタル解析; マルチスペクトルカメラ; 藻場環境シミュレーション; 生態系レジリエンス

本年度は、既に提案している３６０°カメラと単眼深度推定モデルＭｉＤａＳを組み合わせた水槽内の魚類位置推定システムを用いて、大型水槽での位置推定実験を実施した。提案システムでは、３６０°カメラを用いて撮影した水中画像を歪みの少ないキューブマップに変換し、Ｔｅｎｓｏｒｆｌｏｗを用いて魚類を抽出するとともに、単眼深度推定モデルＭｉＤａＳを用いてカメラからの奥行き情報を推定し、水槽内の三次元位置を算出し遊泳軌跡をプロットする。本年度の実験では、昨年度の実験での課題である照明による影の影響を考慮し、円筒形水槽を用いて上面から照明を当てることで影の生成を抑制し、検出精度の向上を図った。また、円筒形水槽とすることで中央に設置したカメラと壁までの距離が均等となり、三次元位置の推定が簡略化できた。今回は水槽にマアジを1匹～5匹投入した状態での計測実験を行い、各魚類の遊泳軌跡が作成できることを確認した。実験結果より、水槽内での3次元位置計測としては十分な精度が得られていることは確認できたが、魚影が重なった際には、計測値が欠損してしまう場合も見られ、これらの対処方法に関しては引き続き検討していく。また、藻場環境シミュレータの構築に関して、取得された遊泳軌跡の時系列データに対してリアプノフ指数の数値計算を適用し，藻場における魚類の行動とカオス指数との関係について考察した。本年度は、観測量について遅れ時間を考慮した3次元の再構成空間に埋め込むことでその観測量のアトラクタを求めた。その結果、典型的な魚類の行動パターンにおけるアトラクタを得ることができ，カオス性やフラクタル性で魚類の複雑性を分析可能な観測量を取得できることが分かった。また、藻場計測の専門家と連携しマルチエージェントシステムを構築する際の要素の候補を抽出した。

今年，我们使用已经提出的360°相机和单眼深度估计模型MIDAS在大型水族馆中进行了位置估计实验。在拟议的系统中，使用360°相机拍摄的水下图像被转换为​​几乎没有变形的立方体图，并使用张曲流提取鱼，并使用单眼深度估计模型MIDAS估算了相机中的深度信息，计算了水族馆内的三维位置，并计算出游泳轨迹。在今年的实验中，考虑到照明引起的阴影的影响，这是去年实验的一个挑战，我们通过使用圆柱形水族馆从顶部表面照亮了阴影的产生，并提高了检测精度。此外，通过使用一个圆柱水族馆，已经制作了安装在中心与墙壁的相机之间的距离，从而简化了三维位置的估计。这次，我们进行了一个测量实验，其中一到五匹马鲭鱼放在水族馆中，证实可以创建每只鱼的游泳轨迹。实验结果证实，对于水族馆中的3D位置测量，获得了足够的精度，但是当鱼类阴影重叠时，可能缺少测量值，因此我们将继续考虑如何处理这些问题。此外，关于海藻床环境模拟器的构建，将Lyapunov指数的数值计算应用于所获得的游泳轨迹的时间序列数据，以及研究海藻床中鱼类的行为与混沌指数之间的关系。今年，我们通过将它们嵌入三维重建空间中来计算观测值的吸引子，该空间考虑了观察的延迟时间。结果，发现可以获得典型的鱼类行为模式的吸引子，并且可以获得可以通过混乱或分形特性来分析鱼类复杂性的观测值。此外，在与海藻床测量专家合作构建多代理系统时，我们还提取了候选人的因素。

项目成果

360°カメラを用いた水槽内の魚類行動計測システムの開発

使用 360° 摄像头开发水族馆鱼类行为测量系统

• 发表时间: 2022
• 作者: 福見淳二;福田耕治;杉野隆三郎;吉見圭一郎
• 通讯作者: 吉見圭一郎

マルチスペクトル画像によるひじきの生育状況推定システムの開発

开发利用多光谱图像估算羊栖菜生长状况的系统

• 发表时间: 2021
• 作者: 山本泰之;福見淳二;福田耕治;吉見圭一郎
• 通讯作者: 吉見圭一郎

単眼深度推定モデルを用いた水槽内の魚類行動計測システム

使用单目深度估计模型的水族馆中的鱼类行为测量系统

• 发表时间: 2022
• 作者: 寺尾颯真;福見淳二;杉野隆三郎;福田耕治;吉見圭一郎
• 通讯作者: 吉見圭一郎

AIカメラを用いた藻場生息動物の行動解析システムの開発

利用AI相机开发海藻床动物行为分析系统

• 发表时间: 2020
• 作者: 福田渓人;吉本裕也;福見淳二;福田耕治;中西達也
• 通讯作者: 中西達也

藻場モデル水槽における植食動物の行動計測システム

海藻床模型水箱中食草动物行为的测量系统

• 发表时间: 2021
• 作者: 川上多喜也;福見淳二;福田耕治;吉見圭一郎
• 通讯作者: 吉見圭一郎