Automatic method to transform routine otolith images for a standardized otolith database using R. - Université de Bourgogne Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Cybium : Revue Internationale d’Ichtyologie Année : 2023

Automatic method to transform routine otolith images for a standardized otolith database using R.

Méthode automatique de transformation des images d’otolithes acquises en routine pour une base de données d’otolithes standardisés en utilisant R.

Résumé

Fisheries management is generally based on age structure models. Thus, fish ageing data are collected by experts who analyze and interpret calcified structures (scales, vertebrae, fin rays, otoliths, etc.) according to a visual process. The otolith, in the inner ear of the fish, is the most commonly used calcified structure because it is metabolically inert and historically one of the first proxies developed. It contains information throughout the whole life of the fish and provides age structure data for stock assessments of all commercial species. The traditional human reading method to determine age is very time-consuming. Automated image analysis can be a low-cost alternative method, however, the first step is the transformation of routinely taken otolith images into standardized images within a database to apply machine learning techniques on the ageing data. Otolith shape, resulting from the synthesis of genetic heritage and environmental effects, is a useful tool to identify stock units, therefore a database of standardized images could be used for this aim. Using the routinely measured otolith data of plaice (Pleuronectes platessa Linnaeus, 1758) and striped red mullet (Mullus surmuletus Linnaeus, 1758) in the eastern English Channel and north-east Arctic cod (Gadus morhua Linnaeus, 1758), a greyscale images matrix was generated from the raw images in different formats. Contour detection was then applied to identify broken otoliths, the orientation of each otolith, and the number of otoliths per image. To finalize this standardization process, all images were resized and binarized. Several mathematical morphology tools were developed from these new images to align and to orient the images, placing the otoliths in the same layout for each image. For this study, we used three databases from two different laboratories using three species (cod, plaice and striped red mullet). This method was approved to these three species and could be applied for others species for age determination and stock identification.
La gestion des pêches est généralement basée sur des modèles structurés en âge. De ce fait, les données sur l’âge des poissons sont collectées par des experts qui analysent et interprètent des pièces calcifiées (écailles, vertèbres, rayons de nageoires, otolithes, etc.). L’otolithe, située dans l’oreille interne du poisson, est la principale pièce calcifiée utilisée, car elle est la seule métaboliquement inerte et est historiquement l’une des premiers proxys de données développées. L’otolithe contient également toutes les informations de l’histoire de vie du poisson et fournit des données d’âge pour toutes les évaluations de stocks des espèces commerciales. Cette méthode traditionnelle d’estimation de l’âge par un processus d’interprétation réalisée par un scientifique expert est donc très chronophage. L’analyse d’images peut être une méthode alternative peu coûteuse. Cependant, la première étape consiste à transformer les images d’otolithes prises en routine en images standardisées au sein d’une base de données afin d’appliquer des techniques d’apprentissage automatique sur les images. La forme des otolithes, résultant de la synthèse du patrimoine génétique et des effets de l’environnement, est un outil utile pour identifier les populations, une base de données d’images standardisées pourrait donc être également utilisée pour cela. À partir des données d’otolithes de plie (Pleuronectes platessa Linnaeus, 1758) et de rouget barbet de roche (Mullus surmuletus Linnaeus, 1758) en Manche Orientale ainsi que de la morue du nord-est de l’Arctique (Gadus morhua Linnaeus, 1758), un protocole de standardisation des données a été proposé. Toutes les étapes méthodologiques ont été développées sous un environnement R. Une matrice d’images en niveaux de gris a été générée à partir des images brutes dans différents formats. La détection des contours a été appliquée pour identifier les otolithes cassés, l’orientation de chaque otolithe et le nombre d’otolithes par image. Pour finaliser ce processus de standardisation, toutes les images ont été redimensionnées et binéarisées. Plusieurs outils mathématiques de morphologie ont été appliqués pour aligner et orienter les images, en plaçant les otolithes dans la même disposition pour chaque image. Pour cette étude, nous avons utilisé trois bases de données de deux laboratoires différents sur trois espèces (la morue, la plie et le rouget barbet de roche). Cette méthode a été approuvée sur ces trois espèces différentes et pourra être utilisée sur de multiples espèces pour la détermination de l’âge et l’identification des stocks.
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Dates et versions

hal-04152498 , version 1 (05-07-2023)

Identifiants

Citer

Nicolas Andrialovanirina, Alizée Hache, Kélig Mahé, Sébastien Couette, Émilie Poisson Caillault. Automatic method to transform routine otolith images for a standardized otolith database using R.. Cybium : Revue Internationale d’Ichtyologie, 2023, 47 (1), pp.31-42. ⟨10.26028/cybium/2023-471-003⟩. ⟨hal-04152498⟩
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