林业知识 | 物种个体AI识别技术原理

 
保护珍稀物种
保护珍稀物种的重点工作之一,就是对每一个体进行个体识别,方便追踪分析物种的栖息环境、繁殖史、社会网络、面临的威胁等,从而更好的进行保护工作。
 

传统上采用人工标记或者人工记忆的方法。人工标记以往通过在动物身上钉标签、染色,甚至烙印的方式进行,不仅容易对动物产生伤害,且费时费力。人工记忆往往需要相关专业人员长时间观察区分,不仅费时,又很容易相互混淆。

 
传统识别法-在海豹鳍肢钉标签

人肉眼很难分辨动物个体差异,但AI识别技术,利用深度学习算法,针对指定物种的斑点、纹路、脸部、尾鳍等特征进行识别模型训练,实现了对物种个体的识别。

 
AI识别动物的基本原理如下
 
 
1.数据收集
首先,需要针对要识别物种收集一定数量的图像样本作为训练数据,包含不同角度的拍摄和不同环境下的图像。
2.数据预处理
对收集到的图像数据进行预处理,包括数据清洗、数据增强、数据标注等步骤。主要目的是消除图像中无关的信息,恢复有用的真实信息,增强有关信息的可检测性和最大限度地简化数据。

数据清洗:是指对数据进行去噪、去重、去偏等操作,以提高数据的质量和准确性。

数据增强:是指对数据进行旋转、缩放、翻转等操作,以增加数据的多样性和覆盖面。

数据标注:是指对数据进行标记,以便于后续的模型训练和测试。
3.特征提取
使用SIFT、HOG等计算机视觉技术,从图像中抽取识别物种的关键的特征。如猴子眼睛、鼻子、嘴巴等部位的形状、大小、位置等信息,海豚背鳍的形状、大小等信息,鳄蜥背部纹路的形状、大小、位置等信息作为识别的基础。
SIFT 通过检测和描述图像中的关键点来实现对图像特征的尺度不变描述,使得它在物体识别和图像匹配中非常有效。
HOG 算法通过统计图像中不同方向上的梯度信息,能够捕捉到物体的边缘和纹理等局部特征,具有较好的鲁棒性和抗干扰能力。
4.模型训练
使用机器学习算法,如卷积神经网络(CNN)等,对特征提取得到的数据进行训练。在训练过程中算法会根据给定的标签,通过学习来建立一个可以识别物种个体特征的模型。

 
卷积神经网络:可以逐层提取图像中的特征信息,从低层次的边缘、纹理等特征到高层次的对象、场景等特征,最终实现对图像的自动识别和分类等任务。
5.模型测试和验证
使用一部分未被训练过的图像数据,对训练好的模型进行测试和验证。通过输入测试图像并运行训练好的模型,可以获得对图像中动物的识别结果。与实际标签进行比较,以评估模型的性能和准确度。

 
6.模型优化与迭代
将识别结果存储在数据库中,以备后续应用。根据测试结果,对模型进行优化和调整,以提高模型的准确率和鲁棒性。调整可能包括改变特征提取算法、调整算法参数等

 

 

2024年6月11日
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