Vision technologie en AI automatiseert inzicht in kreeftenpopulatie in de Oosterschelde

Het LobStAR project, een samenwerking tussen kreeftenvissers in de Oosterschelde en Wageningen Marine Research, is een goed voorbeeld van hoe vision en AI op relatief kleine schaal grote voordelen kan bieden. Onderzoeker Edwin van Helmond vertelt over de toegevoegde waarde ervan en mogelijkheden voor de toekomst.

“Het LobStAR project is voor Wageningse begrippen een relatief klein project. De start van het project dat voluit ‘Lobster Stock Assessment and Regulatory approaches’ heet, kortweg kreeften bestandsschatting- en beheer genoemd, is geïnitieerd door kreeftenvissers in de Oosterschelde. Zij kwamen bij ons met de vraag of wij als Wageningen Marine Research (WMR) konden helpen bij het inzicht krijgen in het kreeftenbestand, de -populatie en de ontwikkeling daarvan. Enerzijds om de visserij meer datagestuurd te kunnen reguleren en anderzijds om maatschappelijke kritiek wat betreft overbevissing van de Oosterschelde van repliek te kunnen dienen.”

Loting om visserijlijnen

Van Helmond geeft aan dat de zogenoemde denkbeeldige lijnen in de Oosterschelde waarlangs elk van de momenteel 42 bootjes mag vissen, jaarlijks worden verloot. “Deze huidige vorm van regulering middels visvergunningen is echter niet gekoppeld aan de omvang van de kreeftenpopulatie. Terwijl die wens er vanuit de vissers wel is. Om inzicht te krijgen in de grootte (lengte) van de kreeften (Homarus gammarus) en daarmee in de leeftijdsopbouw en in het aantal mannelijke en vrouwelijke dieren. Met die data kun je vervolgens met bekende stock assessment (bestandsschatting) modellen en methodieken inzicht geven in de populatie. Gebruikelijk is om tijdens het kreeften vissen met behulp van professionele waarnemers aan boord waarnemingen en metingen te doen maar daarvoor was het budget in dit geval ontoereikend. Bovendien is er aan boord van de kleine kreeftenboten beperkte ruimte om iedere gevangen kreeft te meten, het geslacht te bepalen en alle gegevens te noteren. Daarom hebben we de CatchCam bedacht en ontwikkeld voor objectieve automatische vangstregistratie.”

Lengte- en geslachtsbepaling

Tijdens het inmiddels afgeronde project dat liep van 1 juli 2021 tot 30 oktober 2023 en gefinancierd werd uit het Europese Fonds voor Maritieme Zaken en Visserij, maakten zes vissers gebruik van vijf CatchCam systemen. “Zo’n systeem is in feite niets anders dan een standaard visuele 2D RGB-camera in een metalen behuizing met de lens gericht op een klein platform. Op dat platform leg je elke gevangen kreeft of elke kreeft die automatisch geanalyseerd moet worden. Van elk dier wordt met een druk op een knop een kleurenfoto gemaakt die via het mobiele netwerk wordt geüpload naar een server van WMR. Daar zorgt een algoritme voor het bepalen van de lengte van het rugschild, het zogeheten carapax. De lengte daarvan is maatgevend voor de leeftijd van de kreeft. En hoewel vissers het geslacht van een kreeft bepalen op basis van geslachtskenmerken aan de onderzijde van het dier, kunnen we dat met de CatchCam methodiek ook op basis van een foto van de bovenzijde van het dier. Dat tezamen, carapax lengte en geslacht, geeft inzicht in de geslachtsrijpheid en de voortplanting van kreeften en is zodoende een goede indicatie voor de aanwas van de populatie. En de lengteverdeling van de carapaxen zegt op zijn beurt iets over de samenstelling van de kreeftenpopulatie.”

Directe feedback naar de visser

Om vissers inzicht te geven in de lengte en het geslacht van een zojuist gefotografeerde Oosterscheldekreeft, voorziet de CatchCam in die informatie door de gegevens direct na een meting vanaf de server terug te sturen naar de vissersboot. Daar wordt de lengte van het carapax en het geslacht geprojecteerd in de zojuist genomen foto van het dier op het beeldscherm van de camera. “Die draadloze communicatie is een bewuste keuze om het systeem aan boord zo eenvoudig en robuust mogelijk te houden maar het zou mogelijk ook af en toe verbindings- en netwerkproblemen kunnen geven”, geeft Van Helmond aan. “Voor een snellere dataverwerking en communicatie zouden we in de toekomst eventueel met een Jetson Nano computertje aan boord kunnen gaan werken. Dat kan ook een oplossing zijn voor metingen op plekken waar de dekking van het mobiele netwerk problematisch is.”

LobStAR CatchCam in gebruik op een kreeftenvissersboot tijdens het onderzoeksproject

Uitdagingen

“Vooraf hadden we vooral zorgen over het bereik van het mobiele netwerk op de Oosterschelde maar dat bleek achteraf erg mee te vallen. Een andere uitdaging was aanvankelijk toch wel de automatische lengtemeting van het carapax. En dan vooral de beide annotatiepunten daarvoor aan de voor- en achterzijde van de kreeft. Vanuit WMR hebben we de beelden aanvankelijk zelf geannoteerd om het achterliggende algoritme te trainen. Op dit moment slagen we erin om 76 procent van de mannelijke kreeften en 70 procent van de vrouwelijke kreeften juist te voorspellen op basis van de beelden van de CatchCam en het algoritme. De keypoints zitten er gemiddeld 6 px naast in vergelijking met de door mensen aangegeven annotatiepunten.”

Veel breder inzetbaar

Voorafgaan aan de ontwikkeling van de CatchCam onderzocht WMR of er elders ter wereld in de kreeftenvisserij technologieën beschikbaar waren die geschikt zouden zijn voor toepassing in het LobStAR project. Edwin van Helmond daarover: “In Wales werkt men met een vergelijkbaar systeem en in Schotland wordt een 3D-scanner gebruikt voor krabben en kreeften maar die scanner is veel te groot voor aan boord van een kreeftenboot. Daarom hebben we besloten een eigen systeem te ontwikkelen, ook uit kostenoverwegingen.”

De systematiek en de betrouwbaarheid ervan heeft ondertussen de aandacht van andere projecten getrokken. “We gaan de CatchCams vanaf 1 januari 2025 inzetten in een PPS-project naar mossel- en kreeftensterfte dat door de TKI Agri & Food van LVVN wordt gefinancierd.”

“De kracht van het systeem zit ‘m mijns inziens echt in de eenvoud ervan. Zowel technologisch als qua gebruik. Je kunt het zonder moeite overal ter wereld toepassen en indien nodig voeden met een accu of met zonnepanelen. Of dat nu in Europa, in Afrika of de Caraïben is. Tegelijkertijd kan het systeem op sommige punten wat professioneler en als er bedrijven zijn die ons daarbij willen helpen, graag. Dat geldt overigens ook voor andere onderzoekers met goede ideeën voor de technologie en de toepassingen ervan. Vooralsnog is het een ontzettend handig systeem voor onderzoeksdoeleinden en daar gaat het mij als bioloog toch vooral om.”

Onderzoeker Wageningen Marine Research