Hvordan står det egentlig til med fisken? Ny kamerateknologi kan gjøre livet bedre for oppdrettslaksen, for å nevne noe. Illustrasjon: NTNU

Nytt undervannskamera har supersyn

Et nytt 3D-kamera avslører hvordan fiskene har det, hvor fort de svømmer og hvor mye de veier. Ved å ta bilder i tre dimensjoner kan fiskerne og fiskeoppdretterne få vite mye mer om fisken.

Uklart vann og dårlige lysforhold gjør det vanskelig å få gode bilder av fisk med tradisjonelle kameraer. Samtidig er det nyttig å kunne bruke undervannsbilder for å undersøke alt fra helsa til størrelsen på levende fisk i ulike sammenhenger.

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.

Fotograferer med radarprinsippet

Det kan være vanskelig å se noe i et vanlig undervannskamera, selv når det har med en lyskilde. Det er alltid partikler til stede i vannet. Når lyset treffer disse partiklene, reflekteres noe tilbake til kameraet og bildet blir uklart. Det er det samme vi opplever når vi kjører bil i tåke og setter på frontlyset.

Et 3D-kamera avslører hvordan fiskene har det, hvor lange de er og hvor mye de veier. Ved å ta bilder i tre dimensjoner kan fiskerne og fiskeoppdretterne få vite mye mer om fisken. Foto: SINTEF.

Det nye kameraet unngår problemet 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.

Fisken vil ha grønt lys

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. Det grønne lyset viste seg også gunstig for fisken. 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.

Et tredimensjonalt bilde av én fisk er vel og bra, men kameraet kan følge hundrevis av fisk samtidig. 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.

Om prosjektet:

EU-prosjektet Utofia har utviklet et 3D undervannskamera. Prosjektet ble gjennomført i perioden 2015-2018 med SINTEF Digital som koordinator. De øvrige partnerne har vært Bright Solutions, Fraunhofer, Odos Imaging, Subsea Tech, AZTI og DTU Aqua.

Prosjektet er finansiert av Horisont 2020 med 5,7 millioner euro.

Referanser: Petter Risholm, Jens Thielemann mfl: Real-time super-resolved 3D in turbid water using a fast range-gated CMOS camera. Applied Optics, Vol. 57 No. 16 <akseptert for publisering

 

Veier fisken med bilder

I fjor høst reiste forskerne til Havforskningsinstituttets forskningsstasjon i Matre i Nord-Hordaland, 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, det vil si vekten av all fisken, i merden.

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.

Kan brukes til mye

Kameraet har fått kjørt seg flere steder  i Europa for å teste hvordan det virker i ulike anvendelser.

– Kameraet har vært brukt til å måle tunfisk i Spania, det har sett på fisk i akvakultur på Vestlandet og det har vært testet på trål for å sortere fisk i fangsten. Neste stopp er Spania der det skal brukes til å kartlegge marint liv på havbunnen, sier Thielemann.

Det kompakte kameraet kan enkelt fraktes til en fiskeoppdretter eller et fiskefartøy. Foto: SINTEF

SINTEF har samarbeidet med teknologileverandører og forskningsmiljøer i Danmark, Frankrike, Spania og Storbritannia. Den franske partneren Subsea Tech er i gang med å markedsføre kameraet.

Basseng-lab i kjelleren

Den første versjonen av 3D-kameraet ble testet dypt nede i SINTEFs bygg i Oslo. Her har Thielemanns 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, sier Thielemann.