Bilder aus der Tiefsee mit künstlicher Intelligenz verstehen

idw – Informationsdienst Wissenschaft

Nachrichten, Termine, Experten

Grafik: idw-Logo
idw-Abo
Medienpartner:
Wissenschaftsjahr


Teilen: 
10.09.2018 14:52

Bilder aus der Tiefsee mit künstlicher Intelligenz verstehen

Andreas Villwock Kommunikation und Medien
GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

    10.09.2018/Kiel. Bei der Erforschung der Ozeane entstehen immer mehr Daten und Bilder. Um die Bilddaten wissenschaftlich auswerten zu können, sind automatisierte Verfahren notwendig. Forscher des GEOMAR haben zusammen mit dem GEOMAR-Datenmanagement nun erstmals einen standardisierten Arbeitsablauf für die nachhaltige Analyse mariner Bildaufnahmen entwickelt und ihn kürzlich in der internationalen Fachzeitschrift Scientific Data veröffentlicht. Dr. Timm Schoening, Erstautor, präsentiert im Rahmen der Digitalen Woche Kiel diese und weitere Methoden der Digitalisierung in der Meeresforschung.

    Die Auswertung sehr großer Datenmengen wird auch in der Ozeanforschung immer relevanter. Tauchroboter oder Autonome Unterwasserfahrzeuge, die selbstständig in der Tiefsee Messungen durchführen, können inzwischen große Mengen an hochaufgelösten Bildern aufnehmen. Um diese nachhaltig wissenschaftlich auswerten zu können, sind bei der Datenerhebung, der Verarbeitung, und dem Daten-Management eine Reihe von Voraussetzungen zu erfüllen. „Wir haben in den vergangenen drei Jahren einen standardisierten Workflow erarbeitet, der es ermöglicht, große Mengen an Bilddaten systematisch und nachhaltig wissenschaftlich auswerten zu können“, erklärt Dr. Timm Schoening aus der Arbeitsgruppe „Deep Sea Monitoring“ unter der Leitung von Prof. Dr. Jens Greinert am GEOMAR. Hintergrund war das Projekt JPIOceans „Mining Impact“. Um das Ökosystem rund um Manganknollen im Pazifik zu untersuchen, wurde das Autonome Unterwasserfahrzeug ABYSS mit einem neuen, digitalen Kamerasystem ausgestattet. Mit den so gesammelten Daten wurde der Workflow konzipiert und erstmals getestet. Die Ergebnisse wurden jetzt in der internationalen Fachzeitschrift Scientific Data veröffentlicht.

    Das Vorgehen gliedert sich dabei in drei Schritte: Datenerhebung, Datenverarbeitung und Datenspeicherung, in denen jeweils festgelegte Zwischenschritte absolviert werden sollten. Wichtig ist beispielsweise festzulegen, wie die Kamera einzustellen ist, welche Daten erfasst werden, oder welche Beleuchtung sinnvoll ist um eine bestimmte wissenschaftliche Fragestellung beantworten zu können. Dazu müssen insbesondere auch die Meta-Daten des Tauchroboters aufgezeichnet werden. „Für die Datenverarbeitung ist es essentiell, die Bilddaten der Kamera mit den Metadaten des Tauchroboters zu verknüpfen“, sagt Schoening. Das AUV ABYSS erfasste beispielsweise automatisiert seine Position, die Tiefe des Tauchgangs und Eigenschaften des umliegenden Wassers. „All diese Informationen müssen mit dem jeweiligen Bild verknüpft werden, da sie wichtige Hinweise für die anschließende Auswertung liefern“, sagt Schoening. Eine gewaltige Aufgabe: in rund 30 Tauchgängen sammelte ABYSS gut 500.000 Aufnahmen des Meeresbodens. Für die Zusammenführung der Daten sorgten verschiedene Programme, die das Team eigens für diesen Zweck entwickelte. Hier wurde auch unbrauchbares Bildmaterial, das zum Beispiel verwackelt ist, aussortiert.

    All diese Prozesse funktionieren jetzt automatisiert. „Bis dahin war allerdings eine Vielzahl an zeitaufwändigen Versuchen notwendig“, sagt Schoening. „Jetzt kann die Methode auf beliebige Projekte, auch mit anderen AUVs oder Kamerasystemen, übertragen werden.“ Das so bearbeitete Material wurde im Anschluss auf öffentlich zugänglichen Plattformen dauerhaft weltweit bereitgestellt.

    Für die Auswertung am GEOMAR kam schließlich künstliche Intelligenz in Form des eigens entwickelten Algorithmus‘ „CoMoNoD“ zum Einsatz. Er erfasst automatisch, ob, in welcher Größe und an welcher Position, Manganknollen in einem Foto vorliegen. Im Anschluss konnten so beispielsweise die einzelnen Aufnahmen zu größeren Karten des Meeresbodens zusammengesetzt werden. Der nächste Einsatz des Workflows und der neu entwickelten Programme ist bereits geplant: Bei der nächsten Ausfahrt im Frühjahr kommenden Jahres in Richtung Manganknollen soll die Auswertung des Bildmaterials dann direkt an Bord erfolgen. „Dafür werden wir einige besonders leistungsfähige Rechner mit auf das Schiff nehmen“, sagt Timm Schoening.

    Im Rahmen der Digitalen Woche Kiel wird er diese und weitere Auswertungsmethoden von Bilddaten aus der Tiefsee mit Methoden der künstlichen Intelligenz ausführlicher präsentieren. Der Vortrag findet am Dienstag, 11. September 2018, von 13 bis 14 Uhr an der Seeburg, Düsternbrooker Weg 2, in 24105 Kiel statt. Alle Interessierten sind herzlich eingeladen.


    Originalpublikation:

    Schoening, Timm; Köser, Kevin; Greinert, Jens (2018): An acquisition, curation and management workflow for sustainable, terabyte-scale marine image analysis. Scientific Data, 5, 180181, https://doi.org/10.1038/sdata.2018.181


    Merkmale dieser Pressemitteilung:
    Journalisten, Wissenschaftler, jedermann
    Informationstechnik, Meer / Klima
    überregional
    Buntes aus der Wissenschaft, Wissenschaftliche Publikationen
    Deutsch


    Aufnahmen des AUV ABYSS vom pazifischen Meeresboden aus 10, 7,5, und 4m Abstand. Die a und b zeigen einen stationären Lander, c bis f Manganknollen, erkennbar als dunkle Punkte am Meeresboden.


    Zum Download

    x

    Schematische Übersicht des Workflows zur Analyse von Bilddaten von der Datenerhebung über die Kuratierung bis zum Datenmanagement.


    Zum Download

    x

    Hilfe

    Die Suche / Erweiterte Suche im idw-Archiv
    Verknüpfungen

    Sie können Suchbegriffe mit und, oder und / oder nicht verknüpfen, z. B. Philo nicht logie.

    Klammern

    Verknüpfungen können Sie mit Klammern voneinander trennen, z. B. (Philo nicht logie) oder (Psycho und logie).

    Wortgruppen

    Zusammenhängende Worte werden als Wortgruppe gesucht, wenn Sie sie in Anführungsstriche setzen, z. B. „Bundesrepublik Deutschland“.

    Auswahlkriterien

    Die Erweiterte Suche können Sie auch nutzen, ohne Suchbegriffe einzugeben. Sie orientiert sich dann an den Kriterien, die Sie ausgewählt haben (z. B. nach dem Land oder dem Sachgebiet).

    Haben Sie in einer Kategorie kein Kriterium ausgewählt, wird die gesamte Kategorie durchsucht (z.B. alle Sachgebiete oder alle Länder).

    Cookies optimieren die Bereitstellung unserer Dienste. Durch das Weitersurfen auf idw-online.de erklären Sie sich mit der Verwendung von Cookies einverstanden. Datenschutzerklärung
    Okay