Pētījums par datorredzes algoritmu attīstību ar prototipa izveidi un pārbaudi zivsaimniecībā

Aktualizēts 15.01.2023.

Viena no galvenajām dzīvo ūdens resursu iezīmēm ir to spēja atjaunoties. To ilgtspējīga izmantošana ir atkarīga no ūdens ekosistēmu padziļinātas izpratnes. Šī pētījuma galvenais mērķis ir izstrādāt jaunas automatizētas metodes vides izpratnei, izmantojot zemūdens attēlus, kas ļautu ilgtspējīgi izmantot un pārvaldīt dzīvos ūdens resursus, tādējādi maksimizējot sociālos un ekonomiskos ieguvumus, ko sniedz Eiropas jūras un okeāni. Projekta gaitā izstrādātā zivju atpazīšanas un izsekošanas platforma ļautu optimizēt zivsaimniecības un akvakultūras ilgtspējīgu izmantošanu pārtikas nodrošināšanā.

Datorredze ir starpdisciplināra nozare, kas izstrādā datorus, kas ļautu augstā līmenī saprast informāciju no digitālajiem attēliem un video materiāliem. Zivju noteikšana un monitorings ir svarīgs datorredzes jautājums. Izmaksu ziņā pieejamu lielas jaudas datoru un kvalitatīvu videokameru attīstība un vienlaicīga nepieciešamība automatizēt video analīzi ir palielinājuši interesi par zemūdens izpēti.

Gaismas un skaņas izplatīšanās ūdenī nav vienmērīga. Ūdens fizikālo īpašību dēļ redzamība zem ūdens ir apgrūtināta. Novērošanu zem ūdens var veikt divas ierīces: vizuālas novērošanas kamera un hidrolokators. Katram no šiem sensoriem ir priekšrocības un ierobežojumi. Abu sensoru funkciju apvienošana var piedāvāt jaunu informāciju, kuru agrāk nebija iespējams iegūt. Šajā projektā tiek ierosināts izveidot jaunu sistēmu, lai novērotu zivju sugas, apvienojot optiskās un akustiskās īpašības.

Projektā paredzētas šādas aktivitātes:

1. izstrādāt jaunu autonomu zemūdens transportlīdzekli ar uzstādītu hidrolokatoru un optisku stereokameru zemūdens resursu novērošanai;
2. izstrādāt datu iegūšanas metodi;
3. veikt datorredzes tehnoloģiju darba daļu (attēlu apstrāde, trokšņu noņemšana, objektu atpazīšana);
4. kontrolētā vidē izstrādāt platformu un testēt reālajā dzīvē, lai pētītu un atpazītu zivju sugas.

Projekta aktivitāšu rezultātā tiks izstrādāti jauni instrumenti zemūdens novērošanai, kas ļaus:

1. veikt ilgtermiņa zivju monitoringu;
2. veikt zivju inventarizāciju;
3. optimizēt zivsaimniecības un akvaproduktu ilgtspējīgu izmantošanu;
4. noteikt cilvēka ietekmi uz zivju bioloģisko daudzveidību, lai piedāvātu risinājumus zemūdens ekosistēmu saglabāšanai.

Iesniegtā projekta rezultāti sniegtu ieguldījumu jaunu tehnoloģiju izstrādē, kuras varētu uzlabot izpēti zem ūdens, kas, savukārt, veicinātu jūras resursu taupīšanu, kā arī nacionālo ezeru un lašupju dabīgi nārstojošu lašu aizsardzību. Tādējādi eksperimentālie rezultāti sekmēs Latvijas savvaļas zivju inventarizāciju, izmantojot jaunu zemūdens inspekcijas sistēmu.

Pēcdoktorantūras pētniecības atbalsts

Projekta vadītājs: Dr.sc.comp. Mohcine Boudhane (Šī e-pasta adrese ir aizsargāta no mēstuļu robotiem. Pārlūkprogrammai ir jābūt ieslēgtam JavaScript atbalstam, lai varētu to apskatīt.)

Projekta veids: ERAF

Projekta īstenošanas laiks: 15.03.2019. - 14.03.2022.

Projekta numurs: 1.1.1.2/VIAA/2/18/348

Partneris: ENSET/ENSAM, Mohammed V University

ENSET/ESAM, Muhameda 5. universitāte (Rabata, Maroka)

Īstenotās projekta aktivitātes:

1. Dalība starptautiskajā zinātniskajā konferences SABIEDRĪBA. TEHNOLOĢIJAS. RISINĀJUMI ar prezentāciju: “Zemūdens optiskā novērošana, kā uzlabot redzamību?” (24.-25.04.2019)
2. Dalība seminārā par jaunām pētniecības metodēm ar prezentāciju “Machine learning and data science” (15.05.2019)
3. Dalība FALLING THE WALL LAB, kuru organizēja Vācijas Akadēmiskās apmaiņas dienests (DAAD) sadarbībā ar Latvijas Universitāti, ar prezentāciju "BREAKING THE WALL OF UNDERWATER VISIBILITY" (05.06.2019)
4. Darbības 1.1.a apraksts “Redzamības problēmas un zemūdens attēlu uzlabošanas metodes” (28.06.2019) 
5. Darbības 1.1.b apraksts  "Video detektēšanas tehnoloģijas/video izsekošanas secība" (28.06.2019)
6. Darbības 1.1.c apraksts "Formas modelēšanas metožu izvērtējums un salīdzinošs pētījumus" (28.06.2019)
7. Dalība starptautiskā zinātniskā konferencē Mathematics and computers in Science and Industry ar prezentāciju "A Method for Underwater Image Enhancement using Histogram Regularization", Korfu sala, Grieķija (24.-26.08.2019)
8. Dalība starptautiskā zinātniskā konferencē International conference on Watermarking and Image Proecessing ICWIP ar prezentāciju "Underwater Exploration Issues, Deep Study on Optical Underwater Vision for an Effective Traditional Fishing", Marseļa, Francija (18.-20.09.2019)
9. Projekta rezultātu izplatīšana plašākai sabiedrībai Eiropas Zinātnieku nakts 2019 pasākumā, Valmiera, Latvija (27.09.2019)
10. Zivju monitoringa mākslīgās vides iekārtošana (decembris 2019)
11. Projekta progresa ziņojums Ikmēneša pēcdoktorantu seminārā ar prezentāciju (18.12.2019)
12. Zivju monitoringa akvārija publiskā demonstrācija (19.12.2019)
13. Datubāze: https://www.dropbox.com/sh/n4oiyi6vvsn0ti6/AABXrTuiSE5RaqthGelTG72_a?dl=0 (Marts 2020)
14. Dalība seminārā par jaunām pētniecības metodēm ar prezentāciju “Artificial Intelligence and Computer Vision, Applications in Oceanography”, Dabas un Tehnoloģiju Parks, Urda, Latvija, 12.03.2020

Zinātniskās publikācijas, kas ieskaitītas kā projekta rādītāji

Boudhane, M. & Balcers, O. (2020). Underwater Optical Observation, How to Improve Visibility. Baltic Journal of Modern Computing. DOI: 8. 10.22364/bjmc.2020.8.1.09 (Scopus)

Boudhane, M., & Balcers, O. (2019). Underwater Image Enhancement Method Using Color Channel Regularization and Histogram Distribution for Underwater Vehicles AUVs and ROVs. INTERNATIONAL JOURNAL OF CIRCUITS, SYSTEMS AND SIGNAL PROCESSING, 13, 570-578, ISSN: 1998-4464 (12.2019) (Scopus)

Konferenču tēzes

Pratt, M., Boudhane, M., & Cakula, S. (2020). Predictive Data Analysis Model for Employee Satisfaction Using ML Algorithms. International Conference of Advanced Computing and Informatics, Casablanca, Morocco, 13th - 14th April, tiešsaistes videokonference Zoom vidē. Projektu sinerģija ar "Support for Effective Participation of Vidzeme University of Applied Sciences within the International Scientific Circles (ViA-lnt)" Nr. 1.1.1.5/18/I/005.

Kopsavilkuma iesniegšana International Scientific Conference “SOCIETY. TECHNOLOGY. SECURITY 2021”, Vidzemes Augstskola, 25.-26.marts 2021 (WP2.1 & WP2.2, MP 7): Boudhane, M., Azbeg, K., Toulni, H., Balcers, O. (2021). A Method-based Feature Extraction and Object Recognition for Underwater Imaging.

17. Komandējums uz Daugavpils universitāti (25.06-31.07.2020). Darbs ūdenstilpnē (Svētes ezers, Tetele) un projekta rezultātu prezentācija, 01.07.2020 "Progress and the planed testing methodology".

18. Vasaras skola Security of things Rostokas universitātē (24.augsts-24.septembris 2020).

19. Pētījuma apraksti: Technical Data Sheet, R4; Feature engineering and tracking of live fish, R6.

20. 3D zemūdens robota prototipa dizains (WP2.1, MP 7), sk. https://www.dropbox.com/s/ab5iwo7o99d6rss/3D%20VIEW%20BOUDHANE.rar?dl=0.

21. CAD zemūdens robota dizaina varianti (Face view, Side view, Top view).

22. Projekta rezultātu izplatīšana: DAAD AI Networking pasākums 2021. gada 24. un 25. marts. WP 2.2, WP3.1

23. Zemūdens robota (bezpilota zemūdens kuģa) prototipa WP 2.2 un WP3.1 būvniecība

24. GUI grafiskās saskarnes programmēšana, izmantojot QT ietvaru (sensori un Gui), WP3.1

25. Platformas izstrādes dati: apstrādes ieviešana, WP3.1

26. Robota vadība, saskarnes izstrāde WP3.1, WP2.2

27. Robota avārijas saskarne drošībai (ārkārtas situācijas pārbaude, šķēršļu pārbaude un avārijas brīdinājums)

Tiek īstenota mobilitāte uz ENSAM, Muhameda 5. universitāti (Rabata, Maroka) 2021. gada augusts - 2022. gada marts, WP2.2, WP3.1, WP3.2 (daļēji virtuāla mobilitāte sakarā ar ceļošanas ierobežojumiem)

28. Projekta prezentācija ENSAM, Muhameda 5. universitātē (Rabata, Maroka) un pēcdoktorantūras seminārā Valmierā, 30.09.2021

29. Robota (bezpilota zemūdens kuģa) lietotāja saskarnes izveide, rāmja montāža

30. Prezentācija Muhameda 5. universitātē Rabatā (Maroka). Zemūdens prototipa hidroizolācijas pārbaude ar pētniekiem Asmaa Wakrim un Benayad Nsiri (08-10-2021)

31. Prototipa funkcionalitātes prezentācijas sanāksme muitas birojā Muhameda 5. lidostā (08-10-2021)

32. Tikšanās Marokas muitas reģionālajā delegācijā ar pēcdoktorantūras projekta prezentāciju (26-10-2021), lai sagatavotu robotu transportēšanai un pārrunātu sadarbības iespējas

33. Materiālu stipruma un laboratoriskā pārbaude (05-11-2021)

34. Projekta rezultātu izplatīšana, pēcdoktorantūras sanāksme (26-11-2021)

35. Prototipa iespēju pārbaude Muhameda 5. universitātē (03-12-2021 un 23-12-2021)