Процедура обробки зображень для дистанційної реєстрації Gambusia sp., інтродукуваної у водоймі для боротьби з малярією

Автор(и)

  • Олена Володимирівна Висоцька Національний аерокосмічний університет імені М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0003-3723-9771
  • Константин Валентинович Носов Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, Україна https://orcid.org/0000-0003-4374-7502
  • Ігор Вікторович Гноєвий Державний біотехнологічний університет, Україна https://orcid.org/0000-0003-1350-6898
  • Андрій Павлович Порван Національний аерокосмічний університет імені М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0001-9727-0995
  • Любов Михайлівна Рисована Харківський національний медичний університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-7937-4176
  • Олександр Йосипович Довнар Національний аерокосмічний університет імені М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0001-7171-0024
  • Михайло Федорович Бабаков Національний аерокосмічний університет імені М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0003-2270-196X
  • Маргарита Сергіївна Каленіченко Національний аерокосмічний університет імені М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0003-4731-1060

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2022.252297

Ключові слова:

процедура обробки зображень, дистанційна реєстрація зображення, боротьба з малярією, безпілотний летальний апарат

Анотація

Об'єктом дослідження є процедура обробки цифрових зображень для дистанційної реєстрації Gambusia sp., інтродукованої у водоймища для боротьби з малярією, яка загрожує не лише Африканському регіону, а й іншим широтам світу. Одним з найбільш проблемних місць є елімінація маскуючого ефекту біологічного об’єкта в умовах завад (наприклад, каламутність води), які ускладнюють розпізнавання Gambusia sp. на цифрових зображеннях, отриманих з борта легких дронів.

В ході дослідження використовувалися подходи, які дозволяють розбити цифрове зображення на сегменти та субсегменти з подальшим визначенням співвідношень колориметричних параметрів RGB-моделі ділянки дна. Також використовувався дисперсійний та кореляційний аналізи середніх значень та значень середнього квадратичного відхилення параметрів RGB-моделі. Середнє квадратичне відхилення розглядалося як міра різноманітності колориметричних параметрів у забарвленні біологічного об'єкта.

Запропонована процедура дозволила виявити негативну помірну кореляцію між переважанням зелених та жовто-оранжево-червоних фітопігментів у динаміці Маргалефової моделі сукцесії фітоценозів у місцях інтродукції та проживання Gambusia sp. Це пов'язано з тим, що екранування ділянок фітоценозів особинами Gambusia Sp. знаходить своє відображення у характері відносин колориметричних параметрів RGB-моделі ділянки дна, а саме впливають на кореляцію між середніми значеннями параметрів G/(R+G+B) та R/G, або між середнім значенням та середнім квадратичним відношенням параметра G/(R+G+B). Завдяки цьому забезпечується можливість використання для контролю інтродукції Gambusia sp. у регіонах, що страждають від малярії, широкого асортименту легких дронів з дистанційною фотофіксацією порівняно низької якості. Реалізація цих можливостей вимагатиме набагато менших матеріальних витрат та невеликої кількості персоналу, ніж підводна відеозйомка та інші відомі коштовні способи дослідження іхтіофауни малих водойм в умовах завад. Йдеться і про реєстрацію результатів інтродукції Gambusia sp. у такі водоймища для боротьби з малярією.

Біографії авторів

Олена Володимирівна Висоцька, Національний аерокосмічний університет імені М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Доктор технічних наук, професор, завідувачка кафедри

Кафедра радіоелектронних та біомедичних комп'ютеризованих засобів і технологій

Константин Валентинович Носов, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

Кандидат фізико-математичних наук, доцент

Кафедра теоретичної та прикладної інформатики

Ігор Вікторович Гноєвий, Державний біотехнологічний університет

Доктор сільськогосподарських наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра прикладної біології, водних біоресурсів і мисливського господарства ім. професора О. С. Тертишного

Андрій Павлович Порван, Національний аерокосмічний університет імені М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра радіоелектронних та біомедичних комп'ютеризованих засобів і технологій

Любов Михайлівна Рисована, Харківський національний медичний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра медичної та біологічної фізики і медичної інформатики

Олександр Йосипович Довнар, Національний аерокосмічний університет імені М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра радіоелектронних та біомедичних комп'ютеризованих засобів і технологій

Михайло Федорович Бабаков, Національний аерокосмічний університет імені М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Кандидат технічних наук, професор

Кафедра радіоелектронних та біомедичних комп'ютеризованих засобів і технологій

Маргарита Сергіївна Каленіченко, Національний аерокосмічний університет імені М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Кафедра радіоелектронних та біомедичних комп'ютеризованих засобів і технологій

Посилання

  1. The World Malaria report 2021 (2021). World Health Organization, 322. Available at: https://www.who.int/publications/i/item/9789240040496
  2. Ndwigah, S., Stergachis, A., Abuga, K., Mugo, H., Kibwage, I. (2018). The quality of anti-malarial medicines in Embu County, Kenya. Malaria Journal, 17 (1). doi: http://doi.org/10.1186/s12936-018-2482-3
  3. Huxley, P. J., Murray, K. A., Pawar, S., Cator, L. J. (2021). The effect of resource limitation on the temperature dependence of mosquito population fitness. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 288 (1949). doi: http://doi.org/10.1098/rspb.2020.3217
  4. Butler, D. (2019). Promising malaria vaccine to be tested in first large field trial: The vaccine can confer up to 100 % protection and will be tested in 2,100 people on the west African island of Bioko. Nature. doi: http://doi.org/10.1038/d41586-019-01232-4
  5. Vekemans, J., Schellenberg, D., Benns, S., O’Brien, K., Alonso, P. (2021). Meeting report: WHO consultation on malaria vaccine development, Geneva, 15–16 July 2019. Vaccine, 39 (22), 2907–2916. doi: http://doi.org/10.1016/j.vaccine.2021.03.093
  6. Bilgo, E., Lovett, B., St. Leger, R. J., Sanon, A., Dabiré, R. K., Diabaté, A. (2018). Native entomopathogenic Metarhizium spp. from Burkina Faso and their virulence against the malaria vector Anopheles coluzzii and non-target insects. Parasites & Vectors, 11 (1). doi: http://doi.org/10.1186/s13071-018-2796-6
  7. Girard, M., Martin, E., Vallon, L., Raquin, V., Bellet, C., Rozier, Y. et. al. (2021). Microorganisms Associated with Mosquito Oviposition Sites: Implications for Habitat Selection and Insect Life Histories. Microorganisms, 9 (8), 1589. doi: http://doi.org/10.3390/microorganisms9081589
  8. Hou, L., Chen, S., Chen, H., Ying, G., Chen, D., Liu, J. et. al. (2019). Rapid masculinization and effects on the liver of female western mosquitofish (Gambusia affinis) by norethindrone. Chemosphere, 216, 94–102. doi: http://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.10.130
  9. Huang, G.-Y., Liu, Y.-S., Liang, Y.-Q., Shi, W.-J., Yang, Y.-Y., Liu, S.-S. et. al. (2019). Endocrine disrupting effects in western mosquitofish Gambusia affinis in two rivers impacted by untreated rural domestic wastewaters. Science of The Total Environment, 683, 61–70. doi: http://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.05.231
  10. Asanov, A. Y. (2021). The method’ features for assessing the number of fish in small reservoirs and watercourses using an underwater video camera. University Proceedings. Volga Region. Natural Sciences, 3, 85–97. doi: http://doi.org/10.21685/2307-9150-2021-3-8
  11. Whitehead, K., Hugenholtz, C. H., Myshak, S., Brown, O., LeClair, A., Tamminga, A. et. al. (2014). Remote sensing of the environment with small unmanned aircraft systems (UASs), part 2: scientific and commercial applications. Journal of Unmanned Vehicle Systems, 2 (3), 86–102. doi: http://doi.org/10.1139/juvs-2014-0007
  12. Groves, P. A., Alcorn, B., Wiest, M. M., Maselko, J. M., Connor, W. P. (2017). Testing unmanned aircraft systems for salmon spawning surveys. FACETS, 1 (1), 187–204. doi: http://doi.org/10.1139/facets-2016-0019
  13. Kudo, H., Koshino, Y., Eto, A., Ichimura, M., Kaeriyama, M. (2012). Cost-effective accurate estimates of adult chum salmon, Oncorhynchus keta, abundance in a Japanese river using a radio-controlled helicopter. Fisheries Research, 119-120, 94–98. doi: http://doi.org/10.1016/j.fishres.2011.12.010
  14. Groves, P. A., Alcorn, B., Wiest, M. M., Maselko, J. M., Connor, W. P. (2017). Testing unmanned aircraft systems for salmon spawning surveys. FACETS, 1 (1), 187–204. doi: http://doi.org/10.1139/facets-2016-0019
  15. Endler, J. A., Mappes, J. (2017). The current and future state of animal coloration research. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 372 (1724). doi: http://doi.org/10.1098/rstb.2016.0352
  16. Panayotova, I. N., Horth, L. (2018). Modeling the impact of climate change on a rare color morph in fish. Ecological Modelling, 387, 10–16. doi: http://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2018.08.008
  17. Vissio, P. G., Darias, M. J., Di Yorio, M. P., Pérez Sirkin, D. I., Delgadin, T. H. (2021). Fish skin pigmentation in aquaculture: The influence of rearing conditions and its neuroendocrine regulation. General and Comparative Endocrinology, 301, 113662. doi: http://doi.org/10.1016/j.ygcen.2020.113662
  18. Valkonen, J. K., Vakkila, A., Pesari, S., Tuominen, L., Mappes, J. (2020). Protective coloration of European vipers throughout the predation sequence. Animal Behaviour, 164, 99–104. doi: http://doi.org/10.1016/j.anbehav.2020.04.005
  19. Guillermo-Ferreira, R., Bispo, P. C., Appel, E., Kovalev, A., Gorb, S. N. (2019). Structural coloration predicts the outcome of male contests in the Amazonian damselfly Chalcopteryx scintillans (Odonata: Polythoridae). Arthropod Structure & Development, 53, 100884. doi: http://doi.org/10.1016/j.asd.2019.100884
  20. Duarte, R. C., Flores, A. A. V., Stevens, M. (2017). Camouflage through colour change: mechanisms, adaptive value and ecological significance. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 372 (1724). doi: http://doi.org/10.1098/rstb.2016.0342
  21. Green, J. B. A. (2021). Computational biology: Turing’s lessons in simplicity. Biophysical Journal, 120 (19), 4139–4141. doi: http://doi.org/10.1016/j.bpj.2021.08.041
  22. Salis, P., Lorin, T., Laudet, V., Frédérich, B. (2019). Magic Traits in Magic Fish: Understanding Color Pattern Evolution Using Reef Fish. Trends in Genetics, 35 (4), 265–278. doi: http://doi.org/10.1016/j.tig.2019.01.006
  23. Turing, А. М. (1952). The chemical basis of morphogenesis. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences, 237 (641), 37–72. doi: http://doi.org/10.1098/rstb.1952.0012
  24. Balym, Y., Vуsotska, O., Pecherska, A., Bespalov, Y. (2017). Mathematical modeling of systemic colorometric parameters unmasking wild waterfowl. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (2 (89)), 12–18. doi: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.110107
  25. Zholtkevych, G. N., Bespalov, G. Y., Nosov, K. V., Abhishek, M. (2013). Discrete Modeling of Dynamics of Zooplankton Community at the Different Stages of an Antropogeneous Eutrophication. Acta Biotheoretica, 61 (4), 449–465. doi: http://doi.org/10.1007/s10441-013-9184-6
  26. Bespalov, Y., Kabalyants, P., Zuev, S. (2021). Relationships of diversity and evenness in adaptation strategies of the effect of protective coloration of animals. doi: http://doi.org/10.1101/2021.05.06.441914
  27. Bespalov, Y., Nosov, K., Levchenko, O., Grigoriev, O., Hnoievyi, I., Kabalyants, P. (2019). Mathematical modeling of the protective coloration of animals with usage of parameters of diversity and evenness. doi: http://doi.org/10.1101/822999
  28. Bespalov, Y. G., Nosov, K. V., Kabalyants, P. S. (2017). DIscrete Dynamical Model of Mechanisms Determining the Relations of Biodiversity and Stability at Different Levels of Organization of Living Matter. doi: http://doi.org/10.1101/161687
  29. Margalef, R. (1967). Concepts relative to the organization of plankton. Oceanography and Marine Biology, 5, 257–289.
  30. Grigoriev, A. Ya., Levchenko, A. V., Ryabovol, A., Vysotska, O. V., Kalashnikova, V. I. (2021). Distance reading fishes in the water area by colorimetric parameters related to productivity and diversity of phytobentos. Information systems and technologies in medicine (ISM–2021), 57.

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-01-17

Як цитувати

Висоцька, О. В., Носов, К. В., Гноєвий, І. В., Порван, А. П., Рисована, Л. М., Довнар, О. Й., Бабаков, М. Ф., & Каленіченко, М. С. (2022). Процедура обробки зображень для дистанційної реєстрації Gambusia sp., інтродукуваної у водоймі для боротьби з малярією. Technology Audit and Production Reserves, 1(2(63), 14–18. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2022.252297

Номер

Том 1 № 2(63) (2022): Інформаційно-керуючі системи

Розділ

Системи та процеси керування: Оригінальне дослідження

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Olena Vуsotska, Konstantin Nosov, Igor Hnoevyi, Andrii Porvan, Lyubov Rysovana, Alexandr Dovnar, Mikhail Babakov, Marharyta Kalenichenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.