MosquitoScanner; University of Fulda
Elektrotechnika a informačné technológie
prehľad
V rámci projektu „moskytiéra“ sa má vyvinúť systém na automatickú obrazovú identifikáciu komárov. Komáre sa fotografujú pomocou fotoaparátu s vysokým rozlíšením a potom sa vyhodnocujú. Jednou z hlavných úloh je vývoj algoritmov na klasifikáciu týchto obrazových údajov. Pretože strojové videnie je mimoriadne zložitý problém, metódy z oblasti umelej inteligencie a spracovania obrazu sa kombinujú a vyvíjajú ďalej.
motivácia
V Nemecku existuje viac ako 50 rôznych druhov komárov, v ktorých väčšina patogénov nemôže za súčasných klimatických podmienok pretrvávať. Niektoré z nich, napríklad rody Anopheles, ktorých je v Nemecku šesť rôznych druhov, a rod Aedes s dlhou životnosťou, však prichádzajú do priaznivejších klimatických podmienok ako potenciálni nositelia neendemických infekčných chorôb, ako je malária, horúčka dengue, žltá zimnica, údolie Rift Dotyčná horúčka, západonílska horúčka a horúčka Chikungunya [1].
Rastúce priemerné teploty spojené s globálnym otepľovaním uprednostňujú rýchlejšiu reprodukciu komárov, ktorých larvy z. B. sa môže optimálne vyvíjať v mestských bazénoch bez rýb, pretože sa tam nejedia. Zvýšenie teploty tiež podporuje množenie vírusov a iných patogénov v komároch, a tým zvyšuje ich infekčnosť. V súlade s tým laboratórne testy na komárovi Aedes Aegypti (komár žltej zimnice) s vírusom Dengue-2 ukázali, že replikácia vírusu rástla súbežne s teplotou [2]. Pre vírus dengue bola dôležitosť teploty vypočítaná pomocou modelu a zistilo sa, že aj nepatrná zmena podnebia môže viesť k epidémiám horúčky dengue [3].
Z vyššie uvedených dôvodov má zmysel vytvoriť nové geografické monitorovacie systémy na zisťovanie meniacich sa regionálnych rizík infekcie. Takýto systém môže byť napríklad založený na obrazovom rozpoznávaní komárov a môže pozostávať zo zbernej pasce s integrovanou makro kamerou, referenčnej databázy identifikovaných druhov komárov a zabudovaného systému na automatickú identifikáciu. Môže nahradiť konvenčnú a časovo náročnú „vizuálnu“ svetelnú mikroskopickú klasifikáciu potenciálne infekčných druhov komárov, aby sa zabezpečila ich rýchlejšia detekcia. V niektorých nemeckých regiónoch sa na počítanie komárov už bežne používajú bežné lapače. Pretože automatická obrazová identifikácia komárov je mimoriadne zložitý problém, detekcia by sa mala najskôr vykonať na úrovni druhu.
Výsledky
V rámci projektu bola vyvinutá metóda spracovania obrazu na automatickú identifikáciu druhov komárov na fotografiách.
Počiatočné vyšetrovanie detekcie komárov ukazuje, že jednoduché metódy spracovania obrazu (porovnanie histogramu a porovnanie farebne kvantovaných obrázkov) nie sú uspokojivým riešením na identifikáciu druhov [4]. Z tohto dôvodu boli prispôsobené zložitejšie metódy z oblastí rozpoznávania vzorov a strojového učenia. Takto vyvinutá metóda dosahuje pri detekcii troch druhov komárov mieru detekcie 99% [5]. Obrázky na vyhodnotenie sme vytvorili sami a pochádzajú z laboratórnych komárov. K dispozícii bolo celkom 112 obrázkov s rodmi Aedes, Anopheles a Cluex. Je potrebné poznamenať, že tu prebehlo poloautomatické spracovanie. Hmyz a pozadie obrázka bolo najskôr potrebné manuálne oddeliť, aby bolo možné vykonať následné rozpoznanie.
Automatická separácia pozadia a komárov sa uskutočnila v roku [6]. Integrácia do vyššie opísanej metódy spracovania obrazu stále čaká.
[1] Hemmer, C. J., Frimmel, S., Kinzelbach, R. a Gürtler, L .: Globálne otepľovanie: priekopníci tropických infekčných chorôb v Nemecku? German Medical Wochenschrift 132 (2007) 48, s. 2583-2589
[2] Watts, D.M., Burke, D.S., Harrsion, B.A., Whitmire, R.E. a Nisalak, A.: Vplyv teploty na vektorovú účinnosť Aedes aegypti pre vírus Dengue 2. Amer.J.Trop.Med.Hyg. 36 (1987) 1, s. 143-152
[3] Patz, J. A., Martens, W. J., Focks, D. A. a Jetten, T. H.: Epidemický potenciál horúčky dengue podľa prognózy všeobecných obehových modelov globálnej zmeny podnebia. Perspektívy environmentálneho zdravia 106 (1998) 3, s. 147-153
[4] Jäger, J., Grigoriev, P., Wolff, V., Fricke-Neuderth, K., Günzel, V. a Schlott, T.: Automatická detekcia potenciálne infekčných komárov. In: Puente León, F. (Vyd.): Forum Bildverarbeitung 2012. [29.-30. Novembra 2012 v Regensburgu]. Karlsruhe: KIT Scientific Publishing 2012
[5] Grigoriev, P., Jäger, J., Kornek, C., Wolff, V. a Fricke-Neuderth, K.: Klasifikácia druhov komárov na základe superpixelov pomocou metódy bag-of-features. In: Puente León, F. (ed.): Forum Bildverarbeitung 2014. [27.-28. Novembra 2014 v Regensburgu]. Karlsruhe: KIT Scientific Publishing 2014, s. 191–202
[6] Jäger, J., Wolff, V. a Fricke-Neuderth, K.: Dvojstupňové použitie metódy výbežku na detekciu komárov. In: Puente León, F. (ed.): Forum Bildverarbeitung 2014. [27.-28. Novembra 2014 v Regensburgu]. Karlsruhe: KIT Scientific Publishing 2014, s. 203-214