3D-Bildverarbeitung, Laser und Fischlausbefall

Die große Menge an Lachs, die auf engem Raum auf Fischfarmen in Käfigen gezüchtet wird, führt zur Bildung von Seelauspopulationen, die nicht nur den Lachs verletzen, sondern auch ein ernsthaftes Problem für Wildlachs, der an den Farmen vorbeischwimmt, in der Gegend darstellen.

Seeläuse gelten als die größte Herausforderung für die Aquakulturindustrie. Jedes Jahr werden Millionen Dollar in die verschiedenen Wege investiert, sie zu bekämpfen. Gewöhnlich wird der Lausbefall mit Chemikalien und Medikamenten kontrolliert, jedoch wurde in den letzten Jahren versucht, alternative, weniger umstrittene Behandlungen zu entwickeln.

Ein umweltfreundlicheres Lachs-Entlausungssystem wurde vor kurzem von  Stingray Marine Solutions (Oslo, Norwegen) entwickelt. Sobald das Stingray-System in einen Fischkäfig eingetaucht wurde, nutzt es ein von  Mestec (Oslo, Norwegen) entwickeltes Stereo-Vision-System, um 3D-Bilder der Fische aufzunehmen, wonach eine speziell entwickelte Bildverarbeitungssoftware die Position der Läuse auf deren Haut erkennt. Ist dies geschehen, wird vom Gerät ein Laserstrahl abgefeuert, der die Läuse automatisch vom Fisch entfernt.

 Ins Wasser

Das Stingray-System selbst besteht aus einer Boje mit eingebauter Winde und Kabel, an der ein aktiver Stingray-Knoten befestigt ist, der es ermöglicht, den Knoten auf eine beliebige Wassertiefe abzusenken. Die Leistungsversorgung und Kommunikation erfolgt über ein zweites, stark armiertes Kabel, das es ermöglicht, das System an eine gewünschte Stelle im Käfig, in dem sich die Fische befinden, zu bewegen. Mittels eines Antriebspaars im Stingray-Knoten kann das Gerät um seine eigene Achse bewegt werden. So kann der Knoten hinsichtlich des Schwimmmusters der Fische optimal im Käfig positioniert werden.
An der richtigen Position im Fischkäfig angekommen, beleuchten zwölf in einer Reihe am Stingray-Knoten angebrachte blaue LEDs einen Bereich von einem Quadratmeter vor dem System. Ein Paar FLIR GS3-U3-50S5M-C Grasshopper -Kameras mit Sony 5 Mpixel ICX625 CCD-Sensoren ist horizontal voneinander platziert und nimmt dann mit 15 Bildern pro Sekunde (FPS) Bilder der Fische auf, während diese am Gerät vorbeischwimmen. Durch Vergleich dieser beiden Bilder erhält man dann die relativen Tiefeninformationen eines jeden Fisches.
Da sich die Fische selbst sehr schnell bewegen und in kurzer Zeit eine relativ große Strecke zurücklegen können, war es wichtig, sicherzustellen, dass der Laserstrahl vom Stingray-System mit hoher Präzision abgeschossen wird.
"Um die Position der Läuse auf dem Fisch im Wasser exakt zu lokalisieren, nimmt das Kamerapaar zwei Bilder von jedem Fisch in schneller Abfolge auf. Die beiden 3D-Bilder werden dann von der CPU verarbeitet, die einen Geschwindigkeitsvektor berechnet, aus dem das System die Koordinaten vorhersagen kann, auf denen sich die Läuse am Fisch nur Millisekunden später befinden müssten", so Steinar Laudal, der Geschäftsführer von Mestec. 
Eine maßgeschneiderte Bildverarbeitungssoftware auf der CPU berechnet die exakten Koordinaten des Fisches, während der Kontrast im 3D-Bild auf empfindliche Bereiche, wie die Augen, hinweist. Sobald die Software die Augen des Lachses erkannt hat, werden diese als No-Fire-Zone gekennzeichnet, wodurch die Augen der Fische vor Schaden durch Laserstrahlung geschützt werden.
Lokalisiert die Bildverarbeitungssoftware eine Laus auf dem Lachs, sagt das Stingray-System dessen wahrscheinliche Position basierend auf der Geschwindigkeit und Schwimmrichtung des Fisches voraus. Die CPU sendet dann einen Befehl an ein Galvospiegelsystem, das ausgerichtet wird, um über einen Hochleistungslaser einen Lichtimpuls auf die exakte Position des Parasiten zu richten. Der Laser feuert dann einen Lichtimpuls in ausreichender Intensität und Dauer auf den Parasit ab, der diesen tötet. Wenn ein Fisch mit mehreren Läusen auf seinem Körper am System vorbeischwimmt, ist das System schnell genug, dass es diese identifizieren und mehrere von ihnen pro Sekunde abtöten kann.

Gesundheitsüberwachung

Um es den Entwicklern des Stingray-Systems zu ermöglichen, die Effizienz des Systems zu überwachen, wurde eine zweite FLIR-Kamera eingesetzt. Die FLIR FL3-U3-13S2C-CS Flea3 USB3 Vision -Kamera mit einem Sony IMX035 1,3 Mpixel-Farbsensor nimmt mit einer Bildrate von 120 Bildern pro Sekunde Bilder der Fische auf, während sie durch das Stingray-System entlaust werden. 
Durch das Protokollieren solcher Bilder können die Entwickler des Stingray-Systems die Effizienz der Bildgebung bewerten, die Software des Systems kontrollieren und so, wenn nötig, Verbesserungen vornehmen, um dessen Fähigkeiten zu erweitern. Die von der Kamera aufgenommenen Bilder können auch vom Lachszüchter herangezogen werden, um das Verhalten und die Gesundheit der Fische in den Käfigen zu überwachen.
Laut Laudal von Mestec haben zahlreiche Stingray-Systeme in Norwegen bereits bewiesen, dass sie ihr Geld wert sind. Dort zeigten sie sich hochwirksam bei der Verringerung der Lauspopulationen in Lachsfarmen. Derzeit setzt Stingray Marine Solutions über dreißig solcher Stingray-Geräte in ganz Norwegen ein und plant die Produktion des Systems auf mehr als 100 Geräte pro Jahr zu erhöhen, um die gestiegene Nachfrage von Kunden aus aller Welt zu befriedigen.

Über Stingray Marine Solutions

Stingray Marine Solutions AS basiert auf der patentierten Idee des Unternehmers Esben Beck aus dem Jahr 2010, Seeläuse mittels Kamerasichtsystem und Laser zu entfernen.
Alles begann in seinem Keller im Jahr 1999. Nach über 10 Jahren Lieferungen an anspruchsvolle Öl-, Gas- und Offshore-Kunden wurde es selbstverständlich, in eigene Produkte zu investieren. Beck Engineering entschied sich, ein eigenes Seeläuse Projekt zu starten und zu entwickeln. Man entwarf, produzierte, entwickelte Software und führte Tests und Installationen auf dem eigenen Gelände und auf Grundlage eigener Ressourcen durch.
Stingray Marine Solutions AS ist die Tochtergesellschaft von Beck Engineering und von 2013 ab werden wir das Projekt weiter entwickeln, das bereits aus verschiedenen Quellen wesentliche Anerkennung gefunden hat. Wir arbeiten hart daran, uns dieser Anerkennung als würdig zu erweisen, um sicherzustellen, dass unsere gegenwärtigen und zukünftigen Kunden mit unserem innovativen Produkt zufrieden sind.

Über Mestec AS

Mestec AS ist ein Anbieter von Lasern, elektro-optischen Dienstleistungen und zugehörigen Instrumenten für Forschung und Entwicklung und Industrie in Norwegen.