ИИ-система создаёт 3D-карты коралловых рифов в рекордные сроки
Искусственный интеллект, разработанный в EPFL, может создавать 3D-карты коралловых рифов по видеозаписям всего за несколько минут. Это значительный прорыв в глубоководных исследованиях и возможностях для природоохранных организаций, таких как Транснациональный центр Красного моря (TRSC).
Кораллы — морские беспозвоночные с экзоскелетами из карбоната кальция — являются одними из самых разнообразных экосистем на Земле: занимая менее 0.1% поверхности океана, они обеспечивают убежище и среду обитания почти для трети известных морских видов. До полумиллиарда человек во всём мире зависят от коралловых рифов в плане продовольственной безопасности и доходов от туризма. Однако рифам угрожают повышение температуры моря и антропогенное загрязнение, вызывающие их обесцвечивание и гибель.
Организации, такие как TRSC, проводят углублённые исследования, пытаясь раскрыть секреты кораллов Красного моря, которые обладают уникальной устойчивостью к стрессу, связанному с климатом. Эта инициатива под руководством EPFL стала испытательным полигоном для системы DeepReefMap, разработанной в Лаборатории экологических вычислительных наук и наблюдения Земли (ECEO).
Простой сбор данных силами местных дайверов
Получение 3D-карты рифа традиционными методами — дорогостоящий и трудоёмкий процесс, ограничивающий масштабы исследований. Новая система на базе ИИ позволяет собирать данные силами любителей-дайверов, оснащённых стандартным снаряжением и коммерческой камерой. Для съёмки большей площади исследователи EPFL также разработали недорогую ПВХ-конструкцию, удерживающую шесть камер, которой может управлять один человек.
После загрузки видеозаписи в работу вступает DeepReefMap. Эта быстрая система успешно справляется с типичными проблемами подводных изображений: плохим освещением, дифракцией и каустическими эффектами, поскольку глубокие нейронные сети учатся адаптироваться к этим условиям.
«С этой новой системой каждый может внести свой вклад в картографирование коралловых рифов мира», — говорит координатор проектов TRSC Самуэль Гардаз.
В отличие от существующих программ 3D-картографирования, которые работают надёжно только в определённых условиях и в ограниченном масштабе, DeepReefMap ограничен лишь временем, которое дайвер может провести под водой.
Классификация кораллов по состоянию и форме
Исследователи также облегчили работу биологов, включив алгоритмы семантической сегментации, которые могут классифицировать и количественно оценивать кораллы по двум характеристикам:
- Состояние: от ярко окрашенных (хорошее здоровье) до белых (признак обесцвечивания) и покрытых водорослями (свидетельство гибели).
- Форма: с использованием международной шкалы для классификации наиболее распространённых типов кораллов на мелководных рифах Красного моря (ветвистые, массивные, пластинчатые и мягкие).
«Наша цель — разработать систему, которая окажется полезной для учёных, работающих в поле, и которую можно будет быстро и широко внедрить», — говорит Джонатан Саудер, работавший над DeepReefMap для своей докторской диссертации.
Метод не требует дорогого оборудования — достаточно компьютера с базовым графическим процессором. Сегментация и 3D-реконструкция происходят со скоростью воспроизведения видео.
На пути к цифровому двойнику рифа
Новая технология картографирования даст учёным основу для добавления других данных: разнообразия видов, популяционной генетики, адаптивного потенциала кораллов, локального загрязнения. Этот процесс может в конечном итоге привести к созданию полноценного цифрового двойника.
«Система настолько проста в реализации, что мы сможем отслеживать изменения рифов с течением времени, чтобы определить приоритетные зоны для сохранения», — говорит Гийем Банк-Пранди, научный директор TRSC.
DeepReefMap также может использоваться в мангровых зарослях, других мелководных местообитаниях и служить ориентиром при исследовании более глубоких морских экосистем, хотя для обучения нейронных сетей классификации видов в новых условиях потребуется время.