способ подсчета теплокровных животных с летательного аппарата

Формула изобретения

Способ подсчета теплокровных животных с летательного аппарата, включающий одновременную съемку скопления теплокровных животных в широкой полосе обзора в инфракрасном и видимом диапазонах, подсчет по инфракрасным снимкам тепловых пятен, подсчет по видеоснимкам видимых животных с контрастной окраской и определение животных с маскирующей окраской путем вычитания результата подсчета по видеоснимкам из результата по ИК-снимку, отличающийся тем, что дополнительно одновременно со съемкой в широкой полосе обзора производят съемку с высоким разрешением в узкой полосе обзора, выявленные на ИК-снимке тепловые пятна для животных с контрастной и маскирующей окраской маркируют разными метками, каждого животного, отмаркированного на ИК-снимке, идентифицируют по видеоснимку в узкой полосе обзора, определяют количество совпадений и отличий, по которым рассчитывают коэффициент для корректировки результатов подсчета животных в широкой полосе обзора, и с помощью этого коэффициента корректируют полученные результаты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к экологии животных, в частности к способам обнаружения, подсчета и оценки численности животных, и может быть применено в природоохранных целях, рыбохозяйственной и других отраслях, например, тюленей, белых медведей, оленей и других теплокровных животных.

Наиболее близким к заявленному способу является способ подсчета животных с летательного аппарата, включающий одновременную съемку скопления тюленей в широкой полосе обзора в инфракрасном (ИК) и видимом диапазонах, подсчет по инфракрасным снимкам тепловых пятен, подсчет по видеоснимкам видимых взрослых животных с контрастной окраской и определение их детенышей, имеющих маскирующую окраску путем вычитания результата подсчета по видеоснимкам из результата по ИК-снимку (Черноок В.И., Кузнецов Н.В. Методы авиасъемки тюленей. - Мурманск: Изд-во ПИНРО, 1995, с.17-19).

Основным недостатком этого способа, взятого за прототип, является недостаточная точность подсчета животных с маскирующей окраской. Из-за наличия тепловых пятен, возникающих после длительной лежки животных на одном месте, пятен грязи, нагреваемых на солнце, и других причин, подсчитываются ложные "животные". Кроме того, из-за обмерзания или намокания животных в плохую погоду, а также в случае вылезания из воды некоторые животные могут быть плохо различимы или не наблюдаемы на ИК-снимках. Это приводит к потере некоторой части животных при их подсчете. Эти факторы действуют в разных направлениях и взаимно компенсируют друг друга, но не полностью. Все зависит от погодных условий, поведения животных и ряда других факторов. Для корректировки данных, полученных таким способам, практикуют подсчет животных на пробных площадках с помощью людей, высаженных с вертолета на места скопления животных, что связано с большими материальными затратами, трудностями осуществления и сложностью в получении одновременных и точных сведений.

Целью изобретения является повышение точности подсчета животных.

Указанная цель достигается тем, что с летательного аппарата дополнительно производят съемку с высоким разрешением в узкой полосе обзора синхронно со съемкой скопления теплокровных животных в широкой полосе обзора в инфракрасном (ИК) и видимом диапазонах. По инфракрасным снимкам подсчитывают тепловые пятна, а по видеоснимкам подсчитывают видимых животных с контрастной окраской. Количество животных с маскирующей окраской определяют путем вычитания результата подсчета по видеоснимкам из результата подсчета по ИК-снимку. На ИК-снимке выявленные тепловые пятна для животных с контрастной и маскирующей окраской маркируют разными метками. Каждое отмеченное животное на ИК-снимке идентифицируют по видеоснимку с высоким разрешением в узкой полосе обзора и определяют количество совпадений и отличий, по которым рассчитывают коэффициенты для корректировки результатов подсчета животных в широкой полосе обзора. При этом могут быть обнаружены животные, не отмеченные на предыдущих снимках (например, укрытые за торосами или с пониженной температурой поверхности тела из-за наличия снежной корки).

Практическое выполнение способа заключается в следующем. При обнаружении скопления животных, например залежек тюленей, производят одновременную авиасъемку в видимой и инфракрасной областях спектра в широкой полосе обзора с углом зрения аппаратуры от 15 до 60^o. Одновременно ведут видеосъемку с высоким разрешением в узкой полосе обзора с углом зрения от 3 до 10^o таким образом, чтобы различать на полученных изображениях животных с маскирующей окраской.

Для проведения работ оборудуют летательный аппарат, например самолет или вертолет, авиасъемочной техникой. Для получения снимков в видимой области спектра используют фотоаппараты или видеокамеры. Предпочтительнее использовать профессиональную аэросъемочную технику. Для получения инфракрасных снимков используют тепловизор с высокой температурной чувствительностью порядка 0,1^oС. Оптические системы камер устанавливают соосно, чтобы одновременно снимать одних и тех же животных. Для обследования большей акватории полеты производят галсами. При обнаружении животных и наблюдении их на контрольных мониторах включают аппаратуру записи и регистрации изображений.

Изображения записывают на видеокассеты или накопители компьютеров, например жесткие диски, либо регистрируют на фотопленки. Это позволяет затем просматривать и сравнивать снимки одних и тех же мест скопления животных, идентифицировать и маркировать животных на снимках, производить их подсчет.

Полученные изображения в процессе анализа и подсчета выводят на экраны мониторов. Подсчет животных на снимках в широкой полосе обзора производят следующим образом.

Практически все теплокровные животные (тюлени, олени и другие) хорошо видны на инфракрасных снимках, так как температура поверхности их тела существенно превышает температуру окружающей среды в обычных условиях. Животные наблюдаются на ИК-снимках в виде ярких "горячих" объектов. Подсчитывают количество тепловых пятен, которое принимают за общее количество всех животных (с контрастной и маскирующей окраской) в снятом скоплении. На фотоснимках или видеокадрах в широкой полосе обзора подсчитывают хорошо различимых животных с контрастной окраской. Количество животных с маскирующей окраской получают путем вычитания результата подсчета животных с контрастной окраской из результата подсчета по ИК-снимкам.

Каждому такому объекту на ИК-снимке ставят в соответствие ту же область снимка в видимой области спектра с широкой полосой обзора. Тепловые пятна, соответствующие хорошо видимым животным с контрастной окраской, маркируют на ИК-снимке одними метками, а оставшиеся тепловые пятна маркируют на ИК-снимках другими метками. Как правило, эти пятна соответствуют животным, сливающимся с фоном на видеоснимках из-за их маскирующей окраски.

Однако из опыта известно, что на ИК-снимках присутствуют тепловые пятна, возникающие после длительной лежки животных на одном месте, а также тепловые пятна из-за нагревания грязи на солнце и в некоторых других случаях. В результате подсчитываются ложные "животные". Кроме того, из-за обмерзания или намокания животных в плохую погоду, а также в случае вылезания из воды некоторые животные с маскирующей окраской могут быть плохо различимы или не наблюдаемы на ИК-снимках. Это приводит к потере некоторой части животных при их подсчете. Эти факторы действуют в разных направлениях и частично компенсируют друг друга. В итоге при подсчете возникает ошибка, величина которой зависит от ряда факторов, таких как погодные условия, поведение животных и другие.

Далее отмаркированные тепловые пятна на ИК-снимке сопоставляют с изображениями этих животных на видеоснимках, полученных в узкой полосе обзора. Каждого животного идентифицируют по видеоснимку, т.е. относят его к животным с контрастной или маскирующей окраской, либо относят к небиологическим объектам. В узкой полосе обзора подсчитывают количество (М) проставленных ранее меток для животных с маскирующей окраской, а по результатам идентификации на видеоснимках подсчитывают количество животных с маскирующей окраской (N). По полученным величинам определяют корректирующий коэффициент (К), например, по формуле:

K-N/M.

Данные подсчета животных с маскирующей окраской в широкой полосе обзора умножают на корректирующий коэффициент (К), тем самым получают более точные результаты оценки численности животных с маскирующей окраской.

Поскольку детальной идентификации подвергаются изображения в узкой полосе обзора, это позволяет значительно ускорить и упростить процесс подсчета животных на авиаснимках. Отпадает необходимость закладки контрольных площадок на земле или льду для проверки и корректировки дистанционных данных, что практиковалось раньше и связано со значительными трудностями высадки людей в районе скопления и быстрого подсчета ими животных в момент съемки с воздушного судна. Кроме того, такие наземные работы неизбежно вносят беспокойство в поведение животных, которые прячутся, убегают, а, например, тюлени ныряют в воду. Это приводит к их съемке в неестественных условиях, что сказывается на окончательных результатах проводимых исследований. Дополнительная съемка в узкой полосе обзора с воздушного судна не доставляет дополнительного беспокойства животным. Кроме того, она позволяет собрать на 2-3 порядка большую статистику проб по количеству идентифицированных животных, чем в случае их распознавания в наземных условиях, что повышает достоверность получаемых результатов исследований.

Пример.

18 марта 2000 г. с борта самолета-лаборатории АН-26 "Арктика" была произведена авиасъемка щенных залежек гренландского тюленя в Белом море. Самолет был оборудован обычной видеокамерой типа JVC с углом зрения 25^o, тепловизором "Малахит" с большим углом зрения и видеокамерой ТК-880Е с узким углом зрения 6^o. Съемочные камеры были установлены соосно и смотрели в надир.

Самолет производил полет галсами, ориентированными в направлении север-юг, с расстоянием между ними в 10 мин по долготе. Высота полета была 180 м. При появлении тюленей впереди самолета включалась аппаратура записи видеоизображений на видеомагнитофоны, ИК-изображения вводились в компьютер, установленный на борту, и записывались на жесткий диск. По окончании встречаемости тюленей аппаратура регистрации выключалась, самолет разворачивался и ложился на следующий галс встречным курсом.

После полета записанные изображения с видеокамеры JVC выводились на экран монитора видеосистемы, а соответствующие им ИК-изображения на экран компьютера. На всех ИК-изображениях было подсчитано 12922 тепловых пятен. На видеоизображениях было подсчитано 7057 взрослых тюленей, которые имеют большие размеры и темную окраску и поэтому хорошо различимы на фоне снежно-ледового покрова. Детеныши тюленей имеют меньшие размеры и светлую окраску и плохо различимы на видеоизображениях (особенно бельки), полученных с широкоугольной камеры. Беря разницу полученных значений, получаем, что количество детенышей составило 5865 особей.

Тепловые пятна на ИК-изображении были отмаркированы для взрослых тюленей красными метками, а для детенышей - зелеными. Далее случайно выбранные участки ИК-изображения сопоставлялись с соответствующими участками видеоизображений высокого разрешения, полученными с узкоугольной камеры. Изображения, соответствующие каждому тепловому пятну, идентифицировались как взрослый тюлень или детеныш, либо как объект небиологического происхождения (торосы, похожие на животных, пятна от лежки и т.п.). Общее число тепловых пятен на участках в узкой полосе обзора, отмаркированных как детеныши, составило 331 штук. Из них 324 были идентифицированы как детеныши, а 7 как другие объекты. Кроме того, на видеоизображениях было обнаружено еще 32 детеныша, не отмаркированных на ИК-снимках. Они не были видны на ИК-снимках, т.к. имели слой намерзшего снега на спине или были мокрыми после купания в холодной воде. То есть количество детенышей составило 356. Таким образом, корректирующий коэффициент составил 356/331=1,0755. Умножая ранее подсчитанное количество детенышей на коэффициент, получаем 58651,0755=6308. Это и есть более точная оценка общего количества детенышей, имеющих маскирующую окраску на фоне снежно-ледового покрова.

Предлагаемый способ позволяет получить данные о численности теплокровных животных с высокой достоверностью, а также с небольшими трудовыми и материальными затратами.