衛星が宇宙からクジラを発見

カウントは、あらゆる生態学的研究の基礎となる傾向があります。 特定の生息地に生息する動物の数と種類を知ることは、動物間の関係を理解するために不可欠です。 その知識により、科学者は特定の種の個体数が時間とともにどのように変化するかを定量化し、環境とその中の種が将来どのように変化するかを推定することができます。 これは、管理または保全の取り組みを調整する必要があるかどうかを判断するために特に重要です。

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ただし、特定の場所に何匹の動物が存在するかを調べることは、難易度が異なります。 海に住む生き物にとって、このタスクは海が非常に大きく、その深さ内に動物を隠すのに非常に優れていることを考えると、さらに難しくなります。 時間の大部分を海面で過ごすクジラなどの巨大な哺乳類でさえ、数えるのが難しいことがわかっています。 多くの場合、カウントは陸上または双眼鏡を備えた船のプラットフォームに立っている人、または小さな飛行機で頭上を飛行している、捕らえにくいクジラを見つけるために最善を尽くす人に制限されています。

「クジラの個体数を評価することは常に困難でした」と、英国南極調査の研究者であるピーターフレットウェルは声明で述べました。 「それらをカウントする従来の手段は、ローカライズされ、高価であり、精度に欠けています。」

しかし、このタスクを代わりに自動化し、一度に広い海域で一度に実行できるとしたらどうでしょうか？

調査でフレットウェルと彼の同僚は、少なくともクジラについては、非常に高解像度の衛星画像がそれらの動物を数えるための便利な近道を提供するかもしれないことに気づきました。 いくつかの過去の研究では、クジラの調査の可能性として衛星に注目しましたが、主に画像があまり洗練されていなかったため、これらの努力はあまり成功していません。 しかし、イメージングの解像度と精度の最近の進歩は、新たな測量の試みを成功させるのに十分であるとチームは考えた。

彼らは、アルゼンチンのバルデス半島沖の湾でこのアイデアを試してみることにしました。そこではミナミセミクジラが繁殖します。 捕鯨の禁止のおかげで、以前は絶滅の危機にedしていた動物の数は増えているように見えますが、適切なクジラの実際の個体数は誰にもわかりません。

PLoS Oneで本日公開された研究で、研究者は、非常に高い解像度で画像化できる衛星であるWorldView2で撮影された単一の画像を分析しました。 彼らが取得したWorldView2画像は、海の40平方マイルの領域を調査し、現在配備されている他の衛星よりも水柱の奥深くまで浸透する画像を提供しました。 画像は、ピクセルあたり約2メートルの地上解像度を持つ8つのカラーバンドと、50センチメートルの地上解像度を持つパンクロマティックバンドに分割されました。

クジラを見つけるために、チームは最初に画像を手動で調査し、次に作成したクジラ認識アルゴリズムを採用した画像処理ソフトウェアを使用しました。 ソフトウェアと研究者は、次の3つの質問をすることで、クジラの可能性を絞り込みました。クジラになるのに適切なサイズと形ですか？ クジラがいると思われる場所にありますか？ クジラが実際には単なる泡、岩または鳥のように見えることを意味する可能性のある他のオブジェクトが浮いている、または画像にぼやけていますか？

これらの画像から、研究者たちは、彼らがクジラであると疑った他の23個の物体とともに55個のクジラであるとかなり確信していることを手で特定しました。 彼らはまた、水面下でさらに13頭のクジラを発見しました。 彼らは、衛星の第5帯域の光スペクトルの紫の端（400から450ナノメートル）の波の下に潜んでいる隠れたクジラを見つけるのに最適な結果を見つけました。

コンピューターは、研究者が画像で手で特定したクジラの89％を特定することに成功しました。 ただし、コンピューターの偽陽性率は24％でした。つまり、研究者が船などのクジラではないと判断したクジラとして分類しました。 アイデアは、最終的にそのアルゴリズムの精度を改善し、クジラ調査をほぼ自動化されたタスクにすることです。

この研究は、概念研究の証明であり、潜在的な新しい方法を紹介します。 チームは、衛星がクジラを見逃しているか、クジラを他のクジラよりも検出する傾向があるかどうかを調べるために、地上調査を行う必要があることを指摘しています（たとえば、子牛を持つ母親は、明確なクジラの輪郭ではなく、紛らわしいブロブ）。 衛星画像でクジラのように見えるものと実際に海で泳いでいるものとを地上で比較することで、この方法がさらに検証されます。

「次の課題は、検出確率を決定し、画像からのカウントを母集団のサイズまたは存在の信頼できるインデックスとして使用できるかどうかを理解することです」と著者は書いています。 「この論文は、衛星画像の自動解析が手動カウントとの良好な一致を達成できることを示していますが、これらの手動カウントが実際の表面クジラの数に見合うようにするには、さらに作業が必要です。」

複数の衛星画像を連続して撮影することで、真にクジラとは何か、静止した岩または放散波とは何かを識別するのに役立つ可能性がある、と彼らは付け加えています。 彼らはまた、この方法が波のない穏やかな水で最もよく機能すると書いており、当面はその適用性を制限します。 さらに、論文で紹介されているケーススタディのように、クジラがどこにいる可能性があるかを知ることも役立ちます。

この方法が実行可能であることが証明された場合、著者は、セミクジラの個体数の推定と監視に役立つだけでなく、他のクジラ種の頭数を取得するためにも使用できると考えています。 将来的に高品質の衛星画像が利用可能になると、宇宙からのクジラの調査が自然保護主義者のベルトでさらに正確で有用なツールになることを願っています、と研究者は書いています。