Forschungs- und Innovationsprojekt
Digitalisierung und Automatisierung der Schuppenanalyse bei Coregonen (ScAn)

Fisch unter Wasser.

Im Rahmen der fischereibiologischen Untersuchungen an Renkenbeständen in Voralpen­seen werden jährlich Altersbestimmungen an bis zu 3.000 Renken durchgeführt. Dies erfolgt bisher durch die manuelle Zählung der Jahresringe unter der Stereolupe. Unter anderem aufgrund des verlangsamten Wachstums in Folge der Reoligotrophierung der Seen wird dies zunehmend erschwert. Um die Altersbestimmung arbeitsextensiver und transparent zu gestalten, wurde eine Software zur automatisierten Schuppenanalyse programmiert.

Zielsetzung

An bis zu zehn Coregonenschuppen sollen gleichzeitig folgende biometrische Zielgrößen softwarebasiert automatisch erfasst und analysiert werden:

  1. Zentrum
  2. Jahresringe
  3. Abstand Zentrum zu Jahresringen
  4. Länge
  5. Breite
  6. Gesamtfläche
  7. Fläche im einzelnen Jahr
  8. Circulizahl im einzelnen Jahr
  9. Circuliabstand im einzelnen Jahr
  10. Rückberechnung von Länge und Gewicht in den verschiedenen Jahren

Abbildung 1: Schuppenentnahme bei Renken [A], Digitalisierung der Renkenschuppen mittels Diascan [B], vollständiger Scan von zehn Renkenschuppen [C], biometrische Zielgrößen, die automatisch erfasst werden (siehe Zielsetzung).

Abbildung 1: Schuppenentnahme bei Renken [A], Digitalisierung der Renkenschuppen mittels Diascan [B], vollständiger Scan von zehn Renkenschuppen [C], biometrische Zielgrößen, die automatisch erfasst werden (siehe Zielsetzung).

Methode

Es wurde ein weitestgehend automatisierter Arbeitsablauf zur Digitalisierung, Analyse und Ergebnisdarstellung bei der Altersbestimmung von Renkenschuppen erarbeitet. Auf Grundlage der digitalisierten Bilder wurden Algorithmen entwickelt und eine Software programmiert, die eine automatische Bestimmung der Zielgrößen, bzw. auch eine interaktive Korrektur von seitens des Bearbeiters ermöglicht.

Ergebnisse

Abbildung 2: Digitalisierung von 10 Renkenschuppen desselben Fisches [A], Segmentierung und Berechnung von Länge und Breite [B], Berechnung von Umfang und Fläche [C], Zentrumserkennung [D], sowie Bestimmung des maximalen oralen Schuppenradius und Erfassung von Circulianzahl/abstand und Jahresringen [E].

Abbildung 2: Digitalisierung von 10 Renkenschuppen desselben Fisches [A], Segmentierung und Berechnung von Länge und Breite [B], Berechnung von Umfang und Fläche [C], Zentrumserkennung [D], sowie Bestimmung des maximalen oralen Schuppenradius und Erfassung von Circulianzahl/abstand und Jahresringen [E].

Abbildung 3: Automatische Analyse von 10 Renkenschuppen im interaktiven Modus. Die Schuppe in der unteren rechten Ecke dient als Referenzschuppe (Mitte gelb markiert und durch die Lupe hervorgehoben). Jahresringe werden entlang des längsten Radius vom Zentrum zum Rand erkannt und als Punkte markiert.

Abbildung 3: Automatische Analyse von 10 Renkenschuppen im interaktiven Modus. Die Schuppe in der unteren rechten Ecke dient als Referenzschuppe (Mitte gelb markiert und durch die Lupe hervorgehoben). Jahresringe werden entlang des längsten Radius vom Zentrum zum Rand erkannt und als Punkte markiert.

Diskussion

Die generierten Ergebnisse zeigen das enorme Potential der im vorliegenden Projekt entwickelten Software für zukünftige Schuppenanalysen. Der hohe Durchsatz an Proben und die Zeitersparnis bei der Analyse bieten Raum für neue Fragestellungen. Der klare Vorteil der hier entwickelten Software besteht darin, dass nicht nur automatisch Parameter wie Circulianzahl, -abstände, Radiusmessungen, Annulidetektion (Altersbestimmung) und Längen- und Gewichtsneuberechnungen generiert werden, sondern auch einen inter-aktiven Modus geboten wird, der dem Benutzer ermöglicht, bei Bedarf Validierungen vorzunehmen.

Projektinformation
Projektleitung: Dr. M. Schubert
Projektbearbeitung: Ch. Vogelmann, S. Härth, Dr. M. Schubert
Laufzeit: 01.05.2023 bis 30.04.2024
Geldgeber: Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten, Forschungs- und Entwicklungsvorhaben (FuE)
Förderkennzeichen: A/23/01