В будущем телефоны смогут определять птиц по их пению
Исследователи из Департамента обработки сигналов и акустики разрабатывают систему, которая может распознавать вид птицы по отрезку её песни. Система может быть полезна любителям природы и биологам для мониторинга популяций птиц.
Математические модели определяют вид птицы
Исследователь Сеппо Фагерлунд работает над докторской диссертацией по автоматическому распознаванию видов птиц. Он создаёт систему, которая описывает птичью песню с помощью математических моделей, состоящих из различных ключевых параметров, таких как высота тона и длительность звука.
«Главное — определить ключевые параметры, по которым виды отличаются друг от друга. Мы изучаем различные методы и измерения для описания звуков и выберем те, которые варьируются между видами», — объясняет профессор акустики Унто К. Лайне.
Неопознанный отрезок песни преобразуется в математическую модель, а затем сравнивается с моделями, уже имеющимися в базе данных. Если совпадение найдено, вид птицы успешно определён. Цель — чтобы готовая система выполняла эту идентификацию полностью автоматически.
Определение птиц с помощью смартфона?
Систему можно разработать в виде приложения для смартфона. Фагерлунд надеется, что в будущем наблюдатель за птицами сможет легко определить птицу, щебечущую за окном дачи, с помощью телефона.
«До готового сервиса ещё далеко. Одна из проблем, например, в том, как микрофоны телефона будут улавливать птичью песню с верхушки дерева», — говорит Фагерлунд.
Инструмент для мониторинга популяций птиц
С помощью системы можно идентифицировать разные виды на одной записи, что позволяет биологам выяснить, какие виды посещают, например, конкретную поляну в лесу. С другой стороны, можно искать песню определённого вида птиц в разных записях, чтобы установить места, где этот вид присутствовал.
«Если количество птиц уменьшается, это может быть индикатором экологической проблемы, например, загрязнения водоёма. Когда проблемы обнаруживаются на ранней стадии, можно принять меры для защиты исчезающих видов. Одна из главных целей системы — обеспечение биоразнообразия», — объясняет Фагерлунд.
Птицы поют на диалектах
Идентификация видов птиц — непростая задача, потому что особи каждого вида имеют широкий репертуар звуков, используемых в разных ситуациях. Существуют и различия между особями: два самца могут вносить вариации в свою песню во время брачных игр, конкурируя за внимание самки. Самец с наибольшей ёмкостью лёгких для самой длинной и сложной песни является наиболее привлекательным ухажёром.
Существуют и региональные различия.
«У птиц тоже есть диалекты! Птицы одного вида поют по-разному на противоположных концах Финляндии. Возможно, на птичью песню влияет среда обитания, или же популяции в разных регионах расходятся в отдельные подвиды», — размышляет Лайне.
Несмотря на вариации, птицы понимают друг друга. Не исключено, что и люди могли бы научиться понимать птичье общение.
«Моя мечта — составить птичью грамматику или песенник, который мы могли бы использовать для распознавания и имитации различных птичьих сигналов. В принципе, это может быть возможно путём сбора и классификации достаточного статистического материала по различным птичьим звукам и анализа структур песен», — визуализирует Лайне.
Обработка сигналов как инструмент в биоакустике
Биоакустика изучает звуковую коммуникацию различных видов животных. За последнее десятилетие технология обработки звука шагнула далеко вперёд, что стимулировало исследования в этой области.
Исследователи в области обработки сигналов разрабатывают методы и технологии для классификации звуков. Роль обработки сигналов в биоакустике заключается в разработке методов уменьшения атмосферных помех и других нарушений в записях, а также разделения и идентификации источников звука.