Brevet FR3030837A1 — publié le 20160624

PROCEDE DE COMPTAGE D'ESPECES AQUATIQUES La présente invention concerne un procédé de comptage d'espèces aquatiques. Le domaine de l'invention est celui de l'étude des espèces aquatiques, en particulier celui des espèces benthiques dans les cours-d'eau. Les méthodes conventionnelles pour surveiller les migrations de poissons diadromes des côtes maritimes vers les eaux douces sont essentiellement fondées sur des échantillonnages effectués de manière io ponctuelle dans le temps et l'espace à l'aide de techniques qui ne s'avèrent pas optimales pour l'étude des déplacements de poissons dans les rivières. La vidéo sous-marine est reconnue depuis longtemps comme une bonne alternative mais cette approche demande habituellement un travail important pour extraire les informations à partir des séquences vidéo. 15 L'étude des flux migratoires requiert en premier le comptage des espèces aquatiques. La présente invention a ainsi pour objet un procédé vidéo de comptage d'espèces aquatiques. La présente invention a en conséquence pour objet un 20 procédé de comptage d'espèces aquatiques traversant un caisson muni d'une caméra pourvue d'un champ de vision, comprenant une étape d'acquisition d'images en provenance de la caméra, une étape de mesure durant laquelle les objets figurant sur une image sont mesurés ; procédé remarquable en ce qu'il comprend de plus : 25 une étape de repérage pour associer chaque objet à sa longueur, une étape de suivi pour suivre la progression d'un objet dans le caisson au moyen d'images successives, une étape de comptage pour incrémenter un compteur d'une unité lorsqu'un objet a quitté le champ de la caméra, autrement dit lorsqu'il 30 n'apparaît plus sur l'image courante. Selon un mode de réalisation avantageux dudit procédé, il comprend une étape de correction de distorsion pour chaque image acquise. Selon un autre mode de réalisation avantageux dudit procédé, il comprend une étape de conversion pour transformer chaque image acquise en une image binaire. Selon une disposition avantageuse de ce mode de réalisation, ledit procédé comprend une étape de sélection pour supprimer de ladite image binaire les objets ayant une taille inférieure à un premier io seuil prédéterminé ou supérieure à un second seuil prédéterminé. Il peut comprendre en outre au moins l'une des modalités suivantes - ledit procédé peut comprendre une étape de cartographie pour établir une carte de distance euclidienne d'un objet. 15 - ledit procédé peut comprendre une étape d'amincissement pour réduire la largeur de l'objet à un pixel afin d'en déterminer la longueur N. - ledit procédé peut comprendre une étape d'érosion, pour supprimer les deux pixels figurant aux extrémités de l'objet, cet objet 20 présentant une longueur érodée N-2. - ledit procédé peut comprendre une étape pour calculer la densité intégrée de l'objet avant érosion ID1 : IDI = EDM (i) j.1 - ledit procédé peut comprendre une étape pour calculer la 25 densité intégrée de l'objet après érosion 1D2 : ID2=1Ë EDM (i) 2 Selon un autre mode de réalisation avantageux dudit procédé, l'étape de mesure fournit la longueur estimée L dudit objet : L N-2 + ID1-1D2. Selon encore un autre mode de réalisation dudit procédé, l'étape de suivi consiste à identifier l'objet j dans une image comme celui qui est le plus proche de lui dans l'image précédente à une distance de proximité comprise entre deux seuils prédéterminés Selon une disposition avantageuse de ce mode de réalisation, ladite étape de comptage est mise en oeuvre lorsque l'objet j quitte le champ de vision de la caméra. Selon une autre disposition avantageuse de ce mode de réalisation, ledit procédé comprend une étape pour retenir comme longueur dudit objet la moyenne des longueurs estimées dans plusieurs images successives. Selon un autre mode de réalisation avantageux dudit procédé, lorsque ledit caisson comporte deux accès, ladite étape de comptage prend en compte le sens de circulation dudit objet. Selon un autre mode de réalisation avantageux dudit procédé, lorsque ledit caisson est muni d'un moyen d'éclairage, il comprend de plus une étape d'éclairage. La présente invention apparaîtra maintenant avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit d'un exemple de réalisation en référence aux figures annexées qui représentent : - la figure 1, un exemple de structure matérielle nécessaire à la mise en oeuvre de l'invention, et la figure 2, un diagramme reflétant les différentes étapes du procédé selon l'invention. En référence à la figure 1, la structure matérielle de l'invention est présentée. Il s'agit d'un caisson en U comportant un fond 1 horizontal et deux panneaux verticaux se faisant face en appui sur des bords opposés du 30 fond 1, un panneau latéral gauche 2 et un panneau latéral droit 3. Les espèces aquatiques étudiées sont libres de circuler entre les deux panneaux latéraux 2, 3. Le fond est de couleur claire car il constitue carrière-plan. A titre d'exemple, ses dimensions sont de 50 cm x 50 cm. Au sommet des deux panneaux latéraux 2, 3 est fixée une armature 4 qui maintient un tube de guidage 5 face au centre du fond 1. Une tige de support 6 est maintenue dans ce tube de guidage, tige à l'extrémité de laquelle est fixée une caméra 7. L'armature doit résister à des courants importants. A titre 10 d'exemple, elle est réalisée en métal. Elle peut se démonter aisément pour faciliter le transport du caisson. Le caisson est fixé sur le lit du cours d'eau au moyen de quatre pieux placés aux quatre angles du fond. On peut prévoir une ombrelle (non représentée) sur le caisson 15 pour réduire les réflexions parasites de rayons solaires. On peut prévoir des « bras » en filet de maille fine et tissus afin de canaliser les individus vers l'entrée du caisson. La caméra 7 est, par exemple, fixée à 30 cm du fond 1. Elle présente par exemple une résolution de 1280 x 960 pixels et elle fonctionne, 20 par exemple, à un cadencement de 30 images par seconde. Son objectif est doté d'un très grand angle de prise de vues. On peut encore prévoir un module d'éclairage (non représenté). En premier lieu, précisons qu'une séquence vidéo est 25 convertie en une suite d'images, opération très courante pour l'homme du métier. En référence à la figure 2, le procédé objet de la présente invention est maintenant détaillé. La première étape 20 consiste à corriger la distorsion 30 introduite par l'objectif qui est, rappelons-le, un grand angle, pour obtenir une précision suffisante sur les mesures de longueur. Il s'agit là d'une manipulation courante pour l'homme du métier et elle ne sera donc pas plus détaillée. Cette correction est appliquée à chaque image extraite de la séquence vidéo. La deuxième étape 21 consiste à détecter les espèces aquatiques. A cet effet, plusieurs opérations sont nécessaires. La première opération consiste à convertir chaque image en une image codée sur 8 bits. La seconde opération consiste à lisser chaque image en appliquant, par exemple, une fonction gaussienne avec un rayon de 3 pixels. io La troisième opération consiste à créer une image binaire, c'est-à-dire que ses pixels valent soit 1, soit O. A cet effet, on détecte le niveau de gris des maxima locaux et on fixe un niveau de bruit. Les pixels montrant une valeur supérieure à celle des maxima locaux diminué du niveau de bruit sont retenus. Les autres pixels sont éliminés. 15 Ensuite, selon une troisième étape 22 dite de sélection, un premier seuil de taille est appliqué pour réduire le bruit et éliminer les particules beaucoup plus petites que les organismes ciblés et un second seuil de taille est appliqué pour éliminer les objets beaucoup plus grands que les organismes ciblés. 20 La quatrième étape 23 dite de cartographie, consiste à établir une carte de distance euclidienne des objets figurant dans l'image. A ce sujet, on se référera à l'article de Leymarie F. et Levine M.D. « Fast raster scan distance propagation on the discrete rectangular lattice », CVGIP (Computer Vision Graphics and Image Processing): Image Understanding, 55(1), January 25 1992, pages 84-94. Cet article peut être obtenu sur Internet à l'adresse suivante http://pages.cs.wisc.edui-dyer/cs766/readingsfleymarie-cvgip92.pdf Cette étape génère une matrice, ou une carte de distance, qui correspond à la distance entre chaque pixel et le pixel le plus proche du fond 30 blanc. La cinquième étape 24 dite étape d'amincissement a pour objet de réduire la largeur de chaque objet à un pixel afin d'en déterminer la longueur N. On se référera à l'article de Zhang T. Y. et Suen C. Y. de 1984 « A fast parallel algorithm for thinning digital patterns », Image Processing and Computer Vision, 27(3), pages 236-239. La méthode consiste à retirer séquentiellement des pixels en partant des bords d'un objet sauf si la suppression d'un pixel conduisait à diviser l'objet en deux entités distinctes. H apparaît cependant un problème : cette étape d'amincissement crée une perte d'information au niveau des extrémités des io organismes ciblés si celles-ci sont arrondies (par exemple la tête d'un poisson). Quelques pixels sont supprimés à ce niveau. Cette information perdue est récupérée grâce à la carte de distance euclidienne. La sixième étape 25 dite d'érosion consiste à supprimer le premier et le dernier pixel d'un objet, cet objet qui présentait une longueur de 15 N pixels ayant maintenant une longueur de N-2 pixels. La septième étape 26 permet de calculer la densité intégrée ID1 de l'objet avant érosion : ID1= EDM (i), où I est l'indice courant du pixel variant de 1 à N, 20 - EDM(i) est la valeur de la carte de distance euclidienne du ième pixel. La huitième étape 27 permet de calculer la densité intégrée ID2 de l'objet après érosion : N-1 ID2 = E EDM (i), où 2 25 i est l'indice courant du pixel variant maintenant de 2 à N-1. La neuvième étape 28 dite étape de mesure fournit la longueur estimée L de l'objet : L = (N-2) + ID1 - ID2. La dixième étape 29 est l'étape de suivi des objets. Ce suivi est réalisé en comparant la position d'un objet dans une image à la position qu'il occupait dans l'image précédente. En notant (x Yt+i), les coordonnées du centre de l'objet dans l'image courante et (xt, yt) les coordonnées du centre de l'objet dans l'image précédente, on calcule le carré de la distance séparant ces deux positions soit (xt+i - xt)2 (Yt+i - Yt)2- Cette opération est réalisée pour tous les objets afin d'établir une matrice. La valeur la plus faible de la matrice, c'est-à-dire la distance la io plus courte, est retenue et l'objet correspondant est identifié dans chaque image. Une fois cet objet identifié, on supprime la ligne et la colonne correspondante de la matrice et on recommence jusqu'à ce que le dernier objet soit identifié. 15 Il survient toutefois périodiquement qu'un objet quitte le champ de la caméra, si bien qu'il disparaît de l'image. Ce phénomène naturel est mis en évidence si un objet disparaît purement et simplement mais cette disparition peut coïncider avec l'apparition d'un nouvel objet. On s'affranchit de cette situation en prévoyant un seuil sur la 20 distance d'un objet entre sa position dans l'image courante et sa position dans l'image précédente. Au cas où ce seuil est franchi, il est déclaré que l'objet en cause a quitté le champ de la caméra. Ainsi, selon une onzième étape 30, l'étape de comptage, un 25 compteur est incrémenté d'une unité, compteur qui précise le nombre d'objets ayant quitté le champ de la caméra. Incidemment, à ce stade, on peut préciser que la longueur d'un objet déterminé peut être moyennée sur la valeur qu'elle prend dans plusieurs images successives. 30 Par ailleurs, on a bien compris que le caisson comporte deux accès. L'homme du métier réalise immédiatement que l'on peut déterminer le sens de circulation d'un objet, d'avant en arrière ou bien l'inverse. Ainsi, l'étape de comptage peut être subdivisée en deux, l'une pour un sens de circulation, l'autre pour l'autre sens. L'invention a été présentée selon un mode de réalisation préférentiel. Elle s'applique à toute variante abordable par l'homme du métier. En particulier, toute étape peut être remplacée par une étape équivalente sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS1) Procédé de comptage d'espèces aquatiques traversant un caisson (1, 2, 3) muni d'une caméra (7) pourvue d'un champ de vision, comprenant une étape d'acquisition d'images en provenance de ladite caméra, une étape de mesure (28) durant laquelle les objets figurant sur une image sont mesurés, lequel procédé est caractérisé en ce qu'il comprend de plus : une étape de repérage (21) pour associer chaque objet à sa longueur, une étape de suivi (29) pour suivre la progression d'un objet dans ledit caisson au moyen d'images successives, une étape de comptage (30) pour incrémenter un compteur d'une unité lorsqu'un objet a quitté le champ de la caméra (7), autrement dit lorsqu'il n'apparaît plus sur l'image courante. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de correction de distorsion (20) pour chaque image acquise. 3) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de conversion (21) 20 pour transformer chaque image acquise en une image binaire. 4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de sélection (22) pour supprimer de ladite image binaire les objets ayant une taille inférieure à un premier seuil prédéterminé ou supérieure à un second seuil prédéterminé. 25 5) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de cartographie (23) pour établir une carte de distance euclidienne (EDM) d'un objet. 6) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'amincissement (24) pour réduire la largeur dudit objet 30 à un pixel afin d'en déterminer la longueur N. 7) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'érosion (25), pour supprimer les deux pixels figurant aux extrémités dudit objet, cet objet présentant une longueur érodée N-2. 8) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une étape (26) pour calculer la densité intégrée dudit objet avant érosion (1D1) : ID I =E EDM (i) 9) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend une étape (27) pour calculer la densité intégrée dudit objet après io érosion (1D2) : N-1 ID2 =EEDM (i) 2 10) Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite étape de mesure (28) fournit la longueur estimée L dudit objet : L = N-2 + ID1-1D2. 15 11) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite étape de suivi (29) consiste à identifier l'objet j dans une image comme celui qui est le plus proche de lui dans l'image précédente à une distance de proximité comprise entre deux seuils prédéterminés. 20 12) Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite étape de comptage est mise en oeuvre lorsque l'objet j quitte le champ de vision de la caméra. 13) Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend une étape pour retenir comme longueur dudit objet la moyenne des 25 longueurs estimées dans plusieurs images successives. 14) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit caisson comportant deux accès, ladite étape de comptage prend en compte le sens de circulation dudit objet. 15) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit caisson étant muni d'un moyen d'éclairage, il comprend de plus une étape d'éclairage.5