本團隊整合紅外線水下攝影設備、影像增強技術、AI模型訓練及數據分析,針對草蝦種蝦生殖腺成熟期的辨識及產卵時間精準預估,以掌握待產母蝦即時移至產卵設施產卵的最佳時機。本新穎技術不但可減少人力及誤判,更能提高蝦苗產量,以增加蝦類養殖產業獲利。
設備採紅外線高動態寬容水下攝影機,在無環境光源下,成功擷取蝦子動態影像,調整影像參數後,使生殖腺清楚且正確呈現,有效還原暗部細節。此外,為了讓貼在蝦子身上用於標記的「編號ID」,在紅外線照射下可視化,本團隊經多次實驗測試,採用防水吸光材質印刷,在水下攝影機鏡頭中仍能清楚辨識。
由於紅外線影像以黑白色系為主,容易受到環境干擾(如溫度差異)而產生噪點,蝦池中的雜質或是藻類附著,也會進一步霧化影像品質。有鑑於此,團隊依據CNN的DenoisingNetwork架構,建立水下養殖影像降噪模型,達到強化畫面及除霧效果,改善噪點與霧化問題。
蝦子本身是活體動物,難以限制其行進方向,AI模型必須要能夠辨識來自各方向角度的蝦子照片。本團隊採用資料增強的方式,增加前期模型的準確度。舉例來說:把擷取的蝦子影像圖進行旋轉、縮放、明暗等參數調整,模擬蝦子體型大小或距離遠近的不同情境;也進行蝦子頭尾的透視轉換,模擬蝦子移動時的畫面等。以上做法均能減少人工投入標記的成本,並增加泛用性。
種蝦養殖領域中,研究人員多僅以手電筒打光、目測種蝦生殖腺及預估產期。就作業流程而言,會從蝦子側腹進行照光,透過人眼進行生殖期數判斷,然而,補光拍攝較無法看清生殖腺的發育狀況(蝦殼透光率不佳),需依靠研究人員經驗判定,同時太常以可見光照射,容易驚擾蝦子,影響生育繁殖。
本技術克服蝦池環境、光源、種蝦習性等關卡,從較陰暗的蝦池中,在不打擾蝦類作息前提下,以特規之紅外線設備精密攝影,並穿透蝦殼背部,紀錄生殖腺細微影像變化。除了透過紅外線水下攝影,擷取各種蝦照片、並加以影像強化外,團隊也採用防水吸光材質標籤為蝦子編號。當種蝦入鏡時,背後生殖腺會有明顯的反光條狀區塊,據此可估算蝦子的產期及生殖階段,本技術在蒐集大量圖片後,會依照反光程度分類並訓練AI模型,透過數據分析智慧判斷每隻蝦子預產階段。此應用估計將有效提升對於種蝦生殖腺成長的判斷準確度。
本團隊聚焦於種蝦生殖成熟議題,透過溫和無擾的方式,精準判別及預估種蝦產卵時間。其中所採取的AIoT技術,包括紅外線水下攝影、影像辨識、影像增強、AI模型建立、數據分析等,不僅做到技術層面的整合,應用到養殖蝦生殖腺成熟度的判定及產卵時間的精準預估。本技術全球少見或尚未有類似產品。
生殖腺及產期的判斷有其專業門檻,目前全球蝦類養殖產業大多仍採人工方式檢視,然而,即使是專業研究人員也常有誤判的情況。由於種蝦生性嬌貴,傳統定期撈捕光照的方式,很容易造成蝦子受驚而讓生殖腺縮回,需要耗費人力與時間再次催熟,如產生誤判更是一大損失。本次透過跨領域合作進行智慧化轉型,不僅能縮短檢驗時間、有效節省人力,也避免誤判種蝦生殖腺造成的損失。
此技術接下來將朝設備自動化方向發展,攝影裝置環繞蝦池,可180°來回緩慢自動旋轉,透過鏡頭捕捉蝦池中種蝦的位置,建置完成後,未來亦有機會針對種蝦生長進階觀察,對於養殖產業非常具效益。人工智慧結合物聯網(AIoT)在養殖業應用上具有極大發展潛力,藉由AIoT可提昇智慧養殖技術與生產力,逐步帶動並促成養殖產業升級!