

在大多数秋日,David Sopjes 都能在加州西北部的鳗鱼河中数鱼。作为一名退休的高中科学老师和公民科学家,Sopjes 在过去 10 年里一直在监测鳗鱼河的帝王鲑种群,他说这是该州第三大流域。每年秋天,Sopjes 都会在鲑鱼等待冬雨繁殖时对它们进行计数。
“它们不再进食了。它们只有一个念头,那就是做爱,”Sopjes 说。
在三年前获得一架无人机之前,Sopjes 和他的同事们通过在河里浮潜和站在桨板上来数鲑鱼,这两种方法都极大地干扰了鱼类,而且不太准确。
无人机拍摄了清晰的鲑鱼照片,但用笔和纸在图像中数鱼很乏味。他在网上搜寻更好的方法来计数和组织他的数据时,发现了一款名为 DotDotGoose 的软件,并从那时起一直使用它。
DotDotGoose 由美国自然历史博物馆 生物多样性和保护中心 设计,是一款免费的开源工具,可协助研究人员手动计数图像中的物体。该中心的资深软件开发人员 Peter Ersts 于 2019 年 5 月创建了 DotDotGoose。他是通过与同事的讨论获得了这个想法。
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当时,保护主义者计算照片中不同类别动物的最流行方法是手工操作。“很多人仍然只是将图像投射到白板上,圈出动物,然后关闭投影仪,然后擦掉(标记)进行计数,”Ersts 说。“我看到了对一个非常简单的工具的需求,该工具可以让你快速轻松地在图像上放置点。”
虽然该工具上线仅约两年半,但它已经帮助了世界各地的许多研究人员。Sopjes 说,自从找到 DotDotGoose 以来,他已经数了数千条鱼,并且他的数据准确性得到了“戏剧性”的提高,以至于加利福尼亚鱼类和野生动物局对使用他的数据集产生了兴趣。对鱼类总数的准确记录以及无人机拍摄的图像为 Sopjes 追踪每一条鱼提供了一种有用的方法。

工作原理
DotDotGoose 具有非常简单的界面,允许用户导入他们想要分析的图像。然后,他们可以将图像中的不同对象划分为“类”或类别。例如,Sopjes 将这些类设置为不同的鲑鱼生命阶段。每个类别对应一种点的颜色。
要计算每个类别,研究人员可以单击图像中的每个对象以放置点。DotDotGoose 在放置点时会统计每个类别的点数。用户可以添加自定义注释、纬度和经度坐标或其他数据点来描述图像。
DotDotGoose 最初旨在用于保护研究中的动物计数,但 Ersts 看到用户将其重新用于计算仓库中的库存、电路板上的组件,甚至用于申请吉尼斯世界纪录的番茄植株候选物的花朵。
为何有用
Rochelle Thomas,哥伦比亚大学生态、进化与环境生物学系的在读研究生,曾将 DotDotGoose 用于真实的鹅。
从 1995 年到 2019 年,Thomas 的导师 Robert Rockwell 拍摄了加拿大哈德逊湾地区小雪雁群的航拍照片。Thomas 说,项目早期,Rockwell 会打印照片来手工计算鹅的数量。
当 Thomas 于 2018 年加入该项目时,她尝试使用 Photoshop 来计算鹅,但很难同时按物种和年龄来计算鹅。当 Ersts 在开发 DotDotGoose 时,她与他相识,并成为了该程序的 beta 测试者。该程序的名称是为了致敬她对小雪雁的研究。
“我花了许多天在鹅身上点点,然后我就突然想到了给它取名为 DotDotGoose,”Ersts 说。
与 Photoshop 和 ImageJ 等类似软件相比,Thomas 喜欢 DotDotGoose 是为保护生物学家设计的,并且允许她注明图像质量或插入指示照片中有水的存在的信息。
“保护生物学家和生态学家拥有海量的摄影数据,”Thomas 说。
尽管该程序的当前手动版本已经使数据更易于分析,但她认为使 DotDotGoose 中的计数更加自动化可以进一步支持她这样的研究项目。
DotDotGoose 的未来
Ersts 从一开始就有计划对该过程进行半自动化。
“如果你能保存图像中位置的坐标,那么你就拥有了一个训练集,你可以(利用它)[来支持]一个机器学习模型,从而在未来实现自动化,”Ersts 说。“[但是]当你真正开始考虑存在的所有不同类型的数据时,自动化这项任务非常具有挑战性。”
Ersts 设想研究人员可能会用几张方向相似、项目独特且包含相同类型对象的照片来训练它。
但即使是定制化的、自动化的 DotDotGoose 也有其局限性。对象聚集在一起的图像将非常难以解析。虽然该程序的自动化版本可以节省研究人员的时间,但 Ersts 表示,人仍然需要参与其中,至少是检查计算机的工作。