3D-undervannskamera avslører hvordan fisken har det

I tre år har SINTEF-forskere sammen med ledende miljøer i Europa utviklet et kompakt 3D-kamera som tar bilder i grumsete vann og i mørket, og viser fisken i tre dimensjoner. Dermed kan datamaskiner beregne art og størrelse på hver eneste fisk fanget opp av kameraet.

– Kameraet egner seg til å måle biomasse, kjenne igjen fiskearter, overvåke havbunnen og kartlegge fiskevelferd. I dette prosjektet har vi lagt vekt på anvendelser for marint liv, sier seniorforsker Jens Thielemann ved SINTEF Digital som har vært koordinator for EU-prosjektet i en sak på Gemini.no.

Fotograferer med radarprinsippet

Forskningsinstituttet påpeker at det nye kameraet unngår problemer med uklare bilder ved å sende ut veldig korte pulser av lys. Det bruker samme prinsipp som en sonar eller radar. Kameraet måler tiden fra en puls sendes ut og til den er tilbake og beregner avstanden. I tillegg kan refleksjonene fra alle partikler som svever i vannet mellom kamera og fisk, filtreres vekk.

Resultatet er klare bilder av fisken. Det store gjennombruddet ligger likevel i de tredimensjonale bildene av fisken. Når fisken registreres digitalt i tre dimensjoner, kan forskerne, og senere fiskerne og oppdretterne, måle lengde og størrelse på fisken og beregne hvor mye fisk som er til stede.

Forskerne bruker grønt lys siden det blir minst svekket av å gå gjennom vann, og bruker det i laseren som sender ut flere hundre lyspulser i sekundet. Da forskerne senket kameraet ned i en tank og begynte å filme fisken, svømte den rundt helt uanfektet. Mens da de brukte en vanlig hvit lyskaster, ble fisken forstyrret og svømte ivrig mot lyset. Når kameraet er i bruk, vises to bilder, det ene er vanlig svart/hvitt-video av fisken mens det andre er et digital «fargekart» som viser konturen av fisken med angivelse av dybde, avstanden fra kameraet og bevegelsesretning.

– Ved at du har tre dimensjoner, kan du enkelt måle avstanden mellom to punkter i bildet. For eksempel kan vi få en tredimensjonal form på en tunfisk, og måle hvor lang den er, uavhengig av om den svømmer fra oss, mot oss eller på tvers. Videre gjør 3D-data det vesentlig enklere for datamaskiner å «skjønne» hva som skjer i bildet, sier Thielemann i saken.

I en fiskestim eller en merd kan kameraet registrere hver enkelt fisk. Ved å følge bevegelsene over tid kan oppdretterne se hvordan fisken har det bra eller om de er stresset.

Biomassemåling

I fjor høst reiste forskerne til Havforskningsinstituttets forskningsstasjon i Matre, senket kameraet ned i en merd og filmet hundrevis av fisk i løpet av noen minutter. Ved hjelp av 3D-bildene kunne de måle lengden på fiskene og anslå biomassen. De målte også hvor fort fisken svømte. Snittfarten var 0,6 m/s, det vil si ca to kilometer per time.

– Vi hadde ikke anledning til å gjøre kvantitative studier, men det vi kunne se var at kameraet ga gode 3D-data om fisken og at dette kameraet ikke påvirket fisken, sier Thielemann.

Basseng-lab i kjelleren

Den første versjonen av 3D-kameraet ble testet dypt nede i SINTEFs bygg i Oslo. Her har Thielemann sin gruppe fått sitt eget basseng. Gulvet er fjernet mellom to etasjer, og det nederste rommet er fylt med vann. Her er det bare å plaske i vei.

– Dette bassenget har vært et funn for å prøve ut nye ting. Vi er veldig fornøyd med at vi fikk bygd det om i forbindelse med rehabilitering av bygget for noen år siden, sier Thielemann.

Resultatene med 3D-kameraet har vært så vellykkede at kameraet vil bli brukt videre i to nye prosjekter, Smartfish H2020 og Biosys, finansiert av EU gjennom Horisont 2020 og MarTERA. SINTEF Ocean er koordinator på det første mens SINTEF Digital skal lede en arbeidspakke i det andre. I begge prosjektene er mange flere kommersielle aktører fra inn- og utland med.

Nå som kameraet er klart for bruk, er neste trinn å utvikle verktøy for å analysere dataene fra kameraet automatisk slik at det kan gi nyttig informasjon direkte til brukerne. Her vil de utnytte alt fra klassisk databehandling til kunstig intelligens og dyplæring. Noe av inspirasjonen til det nye undervannskameraet var den raske utviklingen av 3D-kameraer på land der de nå er i full bruk i selvkjørende biler og roboter.

– Vi er i dialog om nye prosjekter hvor vi vil se på hvordan kameraet kan brukes på undervannsroboter. Det å ha tilgang på 3D- data gjør det lett for undervannsroboter å både inspisere, håndtere og reparere ting.

Kameraet har allerede fått kjørt seg flere steder  i Europa, for å teste hvordan det virker i ulike anvendelser hos ulike arter. SINTEF har også samarbeidet med teknologileverandører og forskningsmiljøer i Danmark, Frankrike, Spania og Storbritannia. Den franske partneren Subsea Tech er i gang med å markedsføre kameraet.

- Vi er svært interessert i prosjekter for å ta dette videre, sier Thielemann til Kyst.no.