一種新的準(zhǔn)備數(shù)字照片進(jìn)行分析的自動化方法將幫助野生動物研究人員，他們依靠照片通過動物獨(dú)特的標(biāo)記來識別單個(gè)動物。賓夕法尼亞州立大學(xué)的野生動物生物學(xué)家與云計(jì)算服務(wù)公司微軟Azure的科學(xué)家合作，利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來改進(jìn)將照片轉(zhuǎn)化為野生動物研究有用數(shù)據(jù)的方式。描述這項(xiàng)新技術(shù)的論文發(fā)表在《生態(tài)信息學(xué)》雜志的在線版上。
賓夕法尼亞州立大學(xué)生物學(xué)助理教授、野生動物研究所首席科學(xué)家德里克李說：“許多研究人員在工作中需要識別和收集特定個(gè)體的數(shù)據(jù)，例如估計(jì)生存、繁殖和鍛煉情況。許多研究人員沒有使用標(biāo)簽和其他可能干擾動物行為的人類應(yīng)用標(biāo)記，而是拍攝動物獨(dú)特標(biāo)記的照片。我們有模式識別軟件來幫助分析這些照片，但是照片必須手動準(zhǔn)備進(jìn)行分析，因?yàn)槲覀兘?jīng)常拍攝成千上萬張照片，這會造成嚴(yán)重的瓶頸。"
李使用照片作為正在進(jìn)行的大規(guī)模研究的一部分，以了解東非3000多只長頸鹿的出生、死亡和運(yùn)動。他和他的團(tuán)隊(duì)拍攝了每種動物獨(dú)特且不變的斑點(diǎn)圖案的數(shù)碼照片，以在它們的一生中識別它們。然而，在通過模式識別軟件處理圖像以識別個(gè)人之前，研究團(tuán)隊(duì)必須手動剪切出每張照片或繪制感興趣的區(qū)域。Lee與來自微軟的科學(xué)家合作，提供了一種新的圖像處理服務(wù)，該服務(wù)使用部署在微軟Azure云上的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來自動執(zhí)行這一重要且耗時(shí)的過程。
利用計(jì)算機(jī)算法來檢測物體，微軟團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練了一個(gè)程序，通過使用已經(jīng)手動注釋的現(xiàn)有照片來識別長頸鹿軀干。該程序使用主動學(xué)習(xí)過程進(jìn)行迭代改進(jìn)，其中系統(tǒng)向能夠快速驗(yàn)證或糾正結(jié)果的人顯示新圖像上的預(yù)測裁剪框。然后將這些新圖像反饋給訓(xùn)練算法，進(jìn)一步更新和改進(jìn)程序。由此產(chǎn)生的系統(tǒng)以非常高的精度識別長頸鹿軀干在圖像中的位置，即使長頸鹿是圖像的一小部分或者它的軀干被植物遮擋。
“該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對長頸鹿軀干近乎完美的識別，而無需昂貴的硬件要求，例如專用的高性能圖形處理單元，”Lee說。“Azure團(tuán)隊(duì)能夠自動完成我們工作中這一繁瑣的方面，真是太棒了。過去，我們花了一周時(shí)間處理調(diào)查后的新圖像，現(xiàn)在只需要幾分鐘就可以完成。這個(gè)系統(tǒng)讓我們更接近從照片中完全自動識別動物?！?
新系統(tǒng)將大大加速李對長頸鹿數(shù)量的研究，由于棲息地的喪失和非法捕殺肉類，長頸鹿在非洲的數(shù)量正在迅速下降。
“長頸鹿是大型動物，它們覆蓋的距離很遠(yuǎn)，所以我們自然會使用大數(shù)據(jù)來了解它們在哪里做得好，在哪里做得不好，以及為什么這樣做，這樣我們就可以保護(hù)和連接對長頸鹿保護(hù)很重要的區(qū)域，”李說?！拔覀冃枰碌墓ぞ邅韺?shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，并與Azure技術(shù)的諧波相結(jié)合，使我們的工作成為可能?！?
這個(gè)過程對研究其他具有獨(dú)特識別模式的動物的研究人員也很有用，包括一些野貓、大象、蠑螈、魚、企鵝和海洋哺乳動物。該系統(tǒng)可以訓(xùn)練識別照片，并將其切割到這些物種特有的感興趣區(qū)域。
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