人工智慧代替潛水員獵殺荊棘海星,保護美麗珊瑚大堡礁

2021-01-11 百家號

海星獵人

海星獵人是世界上第一個專為珊瑚礁環境設計的水下機器人系統,僅使用機器人視覺進行實時導航,完成複雜的科學任務,目的是代替潛水員來獵殺荊棘海星,避免大堡礁的珊瑚被破壞。

水下視覺引導機器人(海星獵人)很快就要在靠近大堡礁的水域部署了,它將在這片水域保護美麗的大堡礁。「海星獵人」自動機器人最初由QUT(昆士蘭科技大學)開發的,他的設計目的是來代替人工潛水員來獵殺荊棘海星,這種海星會破壞大堡礁中的珊瑚。

在過去,水肺潛水員在珊瑚礁上潛水,來摘除在珊瑚礁上吃珊瑚的荊棘海星。

這種海星是一種珊瑚礁捕食者corallivore,它通過對珊瑚蟲的胃擴張並釋放消化酶來捕食珊瑚蟲。這使珊瑚的組織液化,而海星隨後吸收這些組織,破壞美麗的珊瑚大堡礁。

海星正面

海星底部

海星細節

傳統方式

傳統的人類潛水員獵殺荊棘海星不僅成本高,而且效率低,水下作業還具有一定的危險性。

相較於傳統的人類潛水員,水下視覺引導機器人(海星獵人)不僅便宜、效率高,而且還可以隨時出動,一天滿負荷工作8小時。

機器視覺方式

「海星獵人」使用視覺系統和檢測軟體,由教授馬修.鄧巴賓和QUT(昆士蘭科技大學)的費勒斯達尤卜博士開發,軟體可以在水中識別有害的荊棘海星,並把他們捕捉。

海星獵人

該機器人具有兩個基於雙目視覺的3D攝像機,一個裝在下方,用於測距和探測海星,一個裝在前方,用於一般障礙物規避。

裝在下方的攝像機是來自FLIR的CM3-U3-13S2C-CS Chameleon 3彩色攝像機,它們是44毫米x 35毫米x 19.5毫米封閉式USB 3.0攝像機,左右兩個攝像頭均採用索尼ICX445 CCD相機。像素尺寸為3.75μm,像素尺寸大小是我們一般手機的2-3倍,可實現30 fps的幀速率。前置攝像頭是Stereolabs的Zed 3D攝像頭。Zed立體相機具有兩個1/3「背照式400萬像素圖像傳感器,像素尺寸為2μm,可以30 fps的速度捕捉高清視頻。

海星獵人的成功,使得許多從事保護大堡礁的潛水員,都能以安全的方式來完成工作。據介紹,人們掌握海星獵人的操作要領一般只需要15分鐘的時間即可。

該機器人具有兩個基於雙目視覺的3D攝像機,一個裝在下方,用於測距和探測海星,一個裝在前方,用於一般障礙物規避。

裝在下方的攝像機是來自FLIR的CM3-U3-13S2C-CS Chameleon 3彩色攝像機,它們是44毫米x 35毫米x 19.5毫米封閉式USB 3.0攝像機,左右兩個攝像頭均採用索尼ICX445 CCD相機。像素尺寸為3.75μm,像素尺寸大小是我們一般手機的2-3倍,可實現30 fps的幀速率。前置攝像頭是Stereolabs的Zed 3D攝像頭。Zed立體相機具有兩個1/3「背照式400萬像素圖像傳感器,像素尺寸為2μm,可以30 fps的速度捕捉高清視頻。

海星獵人的成功,使得許多從事保護大堡礁的潛水員,都能以安全的方式來完成工作。據介紹,人們掌握海星獵人的操作要領一般只需要15分鐘的時間即可。

鄧巴賓教授將視覺引導機器人部署到大堡礁附近的水域

然而,水下的環境和陸地上不一樣,複雜的水流,會使水中的光線不能很好的被攝像機獲取。

鄧巴賓指出,團隊正在試驗許多不同類型的攝像機,以便於可以更好的獲取水下的情況,更多的研究重點是開發算法來處理來自這些攝像機的圖像,這樣才能使珊瑚礁環境保護工作更加的可靠。

「海星獵人是世界上第一個專為珊瑚礁環境設計的水下機器人系統,僅使用機器人視覺進行實時導航,避障和完成複雜的科學任務,」鄧巴賓說,他繼續說道,「海星獵人可以在水下呆幾乎三倍於人類潛水員的時間,收集更多數據,並在所有條件下無論是白天或夜晚的任何時間它都能工作,並且包括哪些對人類潛水員來說可能不安全的地方,它卻能到達。機器人配有計算機視覺,可以「看到」它的位置並避開障礙物,由於機器人還配有多個推進器,所以它可以向任意方向移動。「

所有圖像處理都在機器人上完成,這是在低功耗(低於20W)GPU上執行的。根據鄧巴賓的說法,該軟體是圍繞機器人作業系統(ROS)構建的,並且經過優化可以利用GPU計算圖像。

「我們訓練海星獵人去區分荊棘海星和其他海星 ,因為只有荊棘海星才會損傷珊瑚礁, 機器區分與人們學會區分不同形式的海洋生物的方式大致相同。使用機器人上的實時捕獲的圖像,加上深度學習的算法,海星獵人可以以99.4%的準確度識別這些致命的海星。一旦鑑定得到確認,海星獵人就會對荊棘海星發起進攻,噴射化學藥物,這對於刺荊棘海星來說是致命的,但不會影響珊瑚礁「 ,他說:「這是一項令人印象深刻的技術,但海星獵人的成本並不高,低成本便於測試完成後,可以大批量使用該項產品。」

根據昆士蘭科技大學所說的內容,海星獵人的功能已經在實驗室和實地進行了廣泛的測試,海星獵人馬上就能打卡上班了。

由此項技術我們可以期待機器視覺技術將在廣袤的海底世界,幫助人類發揮更大的作用。

溫馨提示

如果你喜歡本文,歡迎分享,想要獲得更多機器視覺信息,請關注我們。

外星眼機器視覺 微博微信ID:UFO-VISION

如果你在機器視覺學習和工作中遇到任何問題和困難,或者有任何其他各方面的想法,都非常歡迎你隨時聯繫我們,給我們留言,我們會盡力幫您解決,讓我們相互陪伴,共同成長!

相關焦點

  • 棘冠海星吃珊瑚威脅澳洲大堡礁,專家建議用食醋殺死海星!
    有個每個家庭都有的東西,可以殺死破壞珊瑚的海星,拯救美麗的大堡礁,這個東西就是你我都吃過的「醋」。美麗的大堡礁位在澳洲的東岸,是世界最大最長的珊瑚礁群。吃光珊瑚的海星據外媒報導,全身長滿刺的棘冠海星(crown-of-thorns starfish)主要食物是珊瑚,他住在印度洋與太平洋海域,是海洋生態系統重要的一部份。
  • 大堡礁危險!珊瑚「殺手」棘冠海星「重出江湖」
    大量珊瑚「殺手」棘冠海星在澳大利亞大堡礁「重出江湖」,正在蠶食這一綿延數千公裡的珊瑚礁群。  澳大利亞廣播公司電臺5日報導,研究人員去年發現,在大堡礁南端的斯溫群礁,棘冠海星數量飆升,「密度非常高」。澳大利亞海洋科學研究所高級研究員休·斯韋特曼說,這一現象「勢必導致大量珊瑚消失」。
  • 為救大堡礁 澳志願者潛水毒殺海星
    新華社雪梨1月22日電(郭陽)棘冠海星近來在澳大利亞大堡礁南端驟增並吃掉大量珊瑚。為此,澳大利亞日前出動25名志願者,潛入水下用毒針毒死這些「珊瑚殺手」。  棘冠海星以珊瑚蟲為食,在健康的生態系統中,可以控制珊瑚過度繁殖,但數量過多會造成珊瑚大量死亡,威脅生態環境。
  • 【第2編輯室】「珊瑚殺手」棘冠海星沒有天敵?機器人來了!
    渾身毒刺,長得像地獄來客的棘冠海星是珊瑚的噩夢。它們對珊瑚的破壞可能超越人類活動的影響,棘冠海星會把珊瑚表面的珊瑚蟲吃掉,留下白色的珊瑚骨骼。 珊瑚上的棘冠海星 而且,棘冠海星食量非常大,據報導,平均一隻棘冠海星一天要吃掉約二平方公尺的珊瑚。最可怕的是,有些年份,棘冠海星的數量會大幅暴增,給珊瑚造成滅頂之災。
  • 大堡礁的珊瑚發生大規模的白化現象的原因是什麼?
    事實上,大多數珊瑚體本身是透明的,但當含有色素的共生藻進入珊瑚體內後,珊瑚組織就會顯現出五顏六色的美麗珊瑚群聚。然而當環境(海水質量)不佳時,這些共生藻就會自珊瑚體內釋放出來,因此珊瑚的顏色就會僅剩下體內白色的碳酸鈣骨骼,這時就稱之為「白化」。[吉山花瑤自媒體網絡首發]如果有機會到海面下探訪這些珊瑚,不難看見它們身上包覆著一層透明的薄膜,而假設環境回復,共生藻仍有機會回到珊瑚體內。
  • 澳潛水員做志願者給棘冠海星打「毒針」,這貨是啥?
    新華社雪梨1月22日電 棘冠海星近來在澳大利亞大堡礁南端驟增並吃掉大量珊瑚。為此,澳大利亞日前出動25名志願者,潛入水下用毒針毒死這些「珊瑚殺手」。棘冠海星以珊瑚蟲為食,在健康的生態系統中,可以控制珊瑚過度繁殖,但數量過多會造成珊瑚大量死亡,威脅生態環境。
  • 澳大利亞利用棘冠海星的剋星—大法螺保護大堡礁
    為保護大堡礁不受棘冠海星殘食,澳大利亞政府預計總投入2740萬美元,利用棘冠海星的天敵—大法螺(Charonia tritonis)來控制海星數量
  • 棘冠海星暴發嚴重威脅大堡礁生態
    原標題:棘冠海星暴發嚴重威脅大堡礁生態  新華網雪梨11月7日電(記者趙小娜)澳大利亞科學家近日發現,位於該國東海岸的世界自然遺產大堡礁正面臨嚴重的生態威脅,有「珊瑚殺手」之稱的棘冠海星正在大堡礁泛濫生長,並有愈演愈烈之勢。  棘冠海星繁殖力極強,它們以珊瑚蟲為食,只留下白色的珊瑚骨骼,造成珊瑚白化死亡。
  • 海星的「成魔之路」
    順利的話,受精後2周就可以初現小海星的形態了。最有趣的是,此時的小海星已經會跟父母一樣把胃翻出貼在石灰藻上,分泌消化液將其消化吸收,因此石灰藻上會留下白色的實心圓食痕。此時小海星還沒長出堅硬的長刺來保護自己,全身是與石灰藻如出一轍的粉色,隱身其中,顯得無比柔弱可愛,與成體形態相差甚遠。粉紅色的小棘冠海星。
  • 棘冠海星暴發嚴重威脅大堡礁生態—新聞—科學網
    澳大利亞科學家近日發現,位於該國東海岸的世界自然遺產大堡礁正面臨嚴重的生態威脅,有「珊瑚殺手」之稱的棘冠海星正在大堡礁泛濫生長,並有愈演愈烈之勢。
  • 澳大利亞毒殺25萬隻海星 被切碎片還能復活(圖)
    澳大利亞工作人員在大堡礁海域毒殺棘冠海星  珊瑚礁是海洋生態系統不可缺失的重要環節。但由於各種原因,科學家預計,珊瑚可能在本世紀末消失。  澳大利亞的大堡礁不擔心人為破壞,因為政府一直採取嚴格的法律措施。
  • 棘冠海星:海中毒魔鬼,貪吃的珊瑚殺手
    美麗多彩的珊瑚礁地帶在這片生機勃勃的世界裡,有一種動物特立獨行,它們就像電影裡的大反派,擁有令人難以置信的強大力量,怎麼殺都殺不死。同時,它們面目猙獰、冷酷無情,成了所有珊瑚礁居民夜晚的噩夢。簡單來說,棘冠海星的胃袋就像其它動物的舌頭,可以噴出體外,用來捕獲獵物。生命力強大的珊瑚殺手棘冠海星曆經浮遊生物-初齡幼體-二齡幼體-三齡幼體-沉入海底-終齡幼體等生長過程,最後長到成體,它們最喜歡吃珊瑚,又被稱作「珊瑚殺手」。
  • 大堡礁,正在消失
    2016年,全球又發生珊瑚白化危機,大堡礁也不例外,白化範圍主要集中在是在北部。2017年,大堡礁又出現大規模珊瑚白化,主要集中在大堡礁的中部,危及範圍達1500公裡。2016、17這兩年的珊瑚白化現象導致大堡礁以及世界上其他區域一半的珊瑚礁死亡。
  • 澳政府擬撥款培育瀕危大法螺 欲拯救大堡礁
    【環球網綜合報導】據新加坡《聯合早報》9月19日報導,澳大利亞大堡礁不僅面對白化危機,專吃珊瑚藻的棘冠海星也對大堡礁構成嚴重威脅。為拯救大堡礁,澳政府決定撥款開展一項實驗計劃,大量培育這種海星的天敵,即一種瀕臨絕種的大法螺。
  • 「魔鬼海星」不能吃,我們該如何對付這群「珊瑚殺手」?
    李元超是海南省海洋與漁業科學院副研究員,他所在團隊的任務之一是海洋環境監測和生態保護及修復。他此行來到南海西沙群島巡遊,目的之一是捕撈長棘海星。長棘海星,又名刺冠海星,人稱「珊瑚殺手」,喜食珊瑚蟲,能夠造成活珊瑚大量死亡。
  • 澳大利亞凱恩斯大堡礁的珊瑚,現在還好嗎?
    在我遊歷世界七大洲80餘個國家中,澳大利亞凱恩斯 的大堡礁對我印象頗深。這裡是世界最大最長的珊瑚礁群,綿延伸展2000多公裡,共有2900多個的大小珊瑚島礁構成。凱恩斯僅僅是代表性的地區。如此巨大的珊瑚島礁,它是由直徑只有幾毫米的腸腔動物珊瑚蟲,年復一年、日積月累,留下的遺骸,並繼續繁殖,與藻類、貝殼類海洋生物殘骸結合一起堆積而成,極其珍貴。所以澳大利亞將珊瑚列為重點保護,不允許遊客帶出。
  • 澳洲大堡礁 五顏六色珊瑚叢
    大堡礁位於澳大利亞東海岸,這裡有著世界上最大、最長的珊瑚礁群落。大堡礁的特殊之處,在於你能與它交流,這種交流也是在大堡礁的一份寶貴體驗。這裡跟很多地方都不一樣,你在沙灘上、在海裡遊泳的時候,所有的生物都會躲開你。而在這裡,珊瑚礁生物和人類對對方都有幾分好奇,於是,他們就在一片美景中相遇了。
  • 科學家開發可攜式測試工具 可快速檢測珊瑚「殺手」棘冠海星
    據外媒New Atlas報導,除了面臨日益嚴重的白化挑戰,世界上許多珊瑚礁目前正在被棘冠海星吃掉。然而,科學家最近開發出一種簡單的新型可攜式測試工具,可以比以往任何時候都更快地檢測到它們的存在。現在,在生物化學家Jason Doyle的領導下,澳大利亞海洋科學研究所的科學家們開發了一種可現場部署的試劑盒,用於檢測海水樣本中來自棘冠海星的eDNA。該試劑盒採用了目前家庭妊娠檢測中使用的廉價側流檢測技術,其特點是,如果存在目標DNA,則在其上會出現一條有色帶。該試劑盒非常敏感,對小至0.1皮克的eDNA物質有反應。
  • 棘冠海星殺手:無人潛水器RangerBot將守衛大堡礁
    珊瑚礁面臨的問題仍在不斷加劇:伴隨著不斷失控的氣候變化、不善的治理、規模不斷加大的工業化、過度的捕撈以及汙染徑流等因素,珊瑚白化現象變得更加頻繁。對此,人們很容易會把矛頭指向人類,然而實際上除了人類,還有一種對這些珊瑚的生存構成了威脅,它就是棘冠海星。事實上,有人懷疑,由於珊瑚附近的人類活動不斷增加,導致棘冠海星的數量出現猛增。
  • 愛深埋在珊瑚海,你從未見識過的大堡礁
    赫爾斯擔當主持這位對大堡礁深懷熱愛與敬畏的潛水員在二十多年前首次潛入此地時便說:「當我探入水中的那一刻,便知道我餘生該做什麼了!」在BBC的鏡頭下大堡礁的每一種生物都是主角它們在這個複雜的生態系統中頑強求生進化出奇妙的生存技巧經歷著與人類無異的坎坷生活《大堡礁》裡充滿了這樣奇妙的故事用一種平等的視角去看待這些或微小或巨大的生物會讓您感受到對生命的無限敬畏