海洋生物學(xué)家有了一種新的人工智能工具來(lái)監(jiān)測(cè)和保護(hù)珊瑚礁。谷歌與澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)和工業(yè)研究組織（CSIRO）合作開發(fā)的 項(xiàng)目 利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)模型，通過(guò)實(shí)時(shí)攝像頭來(lái)精確定位荊棘冠海星（COTS）的破壞性爆發(fā)。密切關(guān)注珊瑚礁有助于科學(xué)家快速應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的人口，保護(hù)寶貴的大堡礁生態(tài)系統(tǒng)。

盡管珊瑚礁覆蓋了不到 1% 的遼闊海底，但卻支撐著約 25% 的海洋物種，包括魚類、無(wú)脊椎動(dòng)物和海洋哺乳動(dòng)物。在健康的情況下，這些生產(chǎn)性海洋環(huán)境為旅游業(yè)和娛樂(lè)業(yè)提供商業(yè)和自給漁業(yè)以及收入。它們還可以在風(fēng)暴潮期間保護(hù)沿海社區(qū)，是藥物發(fā)現(xiàn)研究中抗病毒化合物的豐富來(lái)源。

在整個(gè)印度 – 太平洋地區(qū)都能找到膠輥的組合，它們以珊瑚蟲為食，珊瑚蟲是硬珊瑚礁的生命部分。它們通常數(shù)量很少，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成的危害很小。然而，由于營(yíng)養(yǎng)流失和天敵數(shù)量減少，疫情頻發(fā)，正在造成重大損害。

健康的珊瑚礁需要 10 到 20 年的時(shí)間才能從 COTS 爆發(fā)中恢復(fù)， COTS 爆發(fā)的定義是每 10000 平方米有 30 個(gè)或更多的成年人，或者密度消耗珊瑚的速度快于珊瑚的生長(zhǎng)速度。面臨氣候變化、污染和破壞性捕魚做法等環(huán)境壓力的退化珊瑚礁不太可能恢復(fù)，導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的損害、珊瑚覆蓋減少和生物多樣性喪失。

科學(xué)家通過(guò)干預(yù)措施控制疫情。兩種常見(jiàn)的方法包括向海星注射膽鹽或從水中清除海星種群。但是，傳統(tǒng)的礁石測(cè)量方法是將浮潛器拖到船后進(jìn)行視覺(jué)識(shí)別，這既耗時(shí)又費(fèi)力，而且精度較低。

根據(jù)項(xiàng)目的 TensorFlow 文章 “ CSIRO 開發(fā)了一個(gè) edge ML 平臺(tái)（構(gòu)建在 NVIDIA Jetson AGX Xavier ） 它可以分析水下圖像序列，并近乎實(shí)時(shí)地繪制出檢測(cè)結(jié)果?！弊髡?Megha Malpani 是谷歌的 AI / ML 產(chǎn)品經(jīng)理， Ard Oerlemans 是谷歌的軟件工程師，他們是 CSIRO 研究團(tuán)隊(duì)的一員，致力于構(gòu)建最精確、性能最好的模型。

研究人員利用 CSIRO 提供的一個(gè)帶注釋的數(shù)據(jù)集，開發(fā)了一個(gè)精確的目標(biāo)檢測(cè)模型，該模型使用實(shí)時(shí)攝像頭而不是浮潛器來(lái)檢測(cè)海星。

它在各種海洋條件下以每秒 10 幀以上的速度處理圖像，如照明、能見(jiàn)度、深度、視點(diǎn)、珊瑚棲息地和現(xiàn)有 COTS 數(shù)量。

根據(jù)帖子，當(dāng) COTS 海星被檢測(cè)到時(shí)，它會(huì)被分配一個(gè)唯一的 ID 跟蹤器，將檢測(cè)結(jié)果與時(shí)間和視頻幀聯(lián)系起來(lái)。 Malpani 和 Oerlemans 寫道：“我們通過(guò)首先使用光流預(yù)測(cè)海星在下一幀中的位置，然后根據(jù)它們?cè)诼?lián)合（ IoU ）分?jǐn)?shù)上的交點(diǎn)將檢測(cè)與預(yù)測(cè)進(jìn)行匹配，從而將后續(xù)幀中的檢測(cè)相互聯(lián)系起來(lái)?！薄?/p>

隨著快速確定 COT 總數(shù)的最終目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)將重點(diǎn)放在整個(gè)管道的準(zhǔn)確性上。“當(dāng)前 1080p 型號(hào)使用 TensorFlow TensorRT 在 Jetson AGX Xavier 上以 11 FPS 的速度運(yùn)行，達(dá)到基于序列的 F2得分 0.80 分！我們還訓(xùn)練了一個(gè) 720p 模型，該模型在 Jetson 模塊上以 22 FPS 的速度運(yùn)行，使用基于序列的 F2得分為 0.78 ，”研究人員寫道。

根據(jù)這項(xiàng)研究，該項(xiàng)目旨在展示機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)應(yīng)用于大規(guī)模海洋棲息地監(jiān)測(cè)的能力。

他們的工作是通過(guò) GitHub 上荊棘冠海星檢測(cè)管道 或 Google Colab 開源的。該項(xiàng)目是谷歌 數(shù)字未來(lái)計(jì)劃 和 CSIRO 的一部分。

關(guān)于作者

Michelle Horton 是 NVIDIA 的高級(jí)開發(fā)人員通信經(jīng)理，擁有通信經(jīng)理和科學(xué)作家的背景。她在 NVIDIA 為開發(fā)者博客撰文，重點(diǎn)介紹了開發(fā)者使用 NVIDIA 技術(shù)的多種方式。

審核編輯：郭婷