Un logiciel de reconnaissance faciale pour étudier les phoques

Pour un profane, rien ne ressemble plus à un phoque qu’un autre phoque. Pour les scientifiques, la tâche de les distinguer les uns des autres s’avère tout aussi ardue, non seulement à cause de leur ressemblance, mais parce qu’ils évoluent souvent en groupe extrêmement denses. Pour remédier à cela, un groupe d’étudiants à l’université Colgate de New York a mis au point un logiciel de reconnaissance faciale des phoques qu’ils ont baptisé SealNet. Cette nouvelle méthode permet de suivre avec plus de précision les pérégrinations des phoques communs et présente l’immense avantage pour les pinnipèdes de ne pas être invasive. Ils peuvent ainsi être étudiés à distance, sans être dérangés.

La très sérieuse étude sur la reconnaissance faciale des phoques de l’université Colgate

L’université Colgate est une université américaine d’arts libéraux située à Hamilton dans l’État de New York. Elle fut fondée en 1819 et connue sous divers noms, avant d’adopter celui de Colgate en 1890, car l’université profitait du soutien du savonnier new-yorkais William Colgate, l’inventeur du dentifrice éponyme.

Vous pouvez retrouver l’intégralité de l’étude ayant servi de base à cet article, publiée le 28 avril 2022 en suivant ce lien : SEALNET: Facial recognition software for ecological studies of harbor seals (SEALNET : Logiciel de reconnaissance faciale pour les études écologiques des phoques communs).

Un concept utilisant l’intelligence artificielle

L’idée de la reconnaissance faciale adaptée aux phoques émane de différents chercheurs, dont Krista Ingram, biologiste à l’université Colgate. Elle s’inspira des méthodes déjà testées sur les primates et les ours depuis quelques années. Le logiciel SealNet utilise de la même façon l’intelligence artificielle pour développer l’apprentissage profond, avec notamment un réseau neuronal convolutif pour distinguer une face de phoque d’une autre. En intelligence artificielle, le réseau convolutif est un réseau de neurones artificiels permettant de détecter la présence de motifs simples, à différentes échelles d’une image, et d’identifier progressivement le contenu de celle-ci par association et par recoupement.

PrimNet, utilisé pour la reconnaissance faciale des primates, fut testé sur les phoques, mais n’étant pas spécifiquement adapté à leur morphologie, ses résultats apparaissaient peu satisfaisants, d’où l’idée de développer SealNet.

Le logiciel est ainsi conçu pour identifier spécialement le phoque commun, une espèce qui a tendance à fréquenter les échoueries, comme sont nommées les aires du littoral offrant des conditions propices au rassemblement de colonies de pinnipèdes.

1. Suppression des photos floues et les doublons pour créer l’ensemble de données de photos brutes.
2. Exécution du détecteur automatique de visage pour localiser les faces.
3. Localisation manuelle du centre des yeux, du nez et de la bouche.
4. L’interface graphique aligne et découpe automatiquement toutes les faces, en enregistrant les jpegs dans un nouveau dossier.
5. Classement manuel des photos fragmentées des mêmes phoques dans des dossiers individuels qui seront utilisés pour l’entraînement de SealNet.

La reconnaissance faciale des phoques, comment ça marche ?

L’objectif est de fournir au logiciel une quantité de données importante, afin qu’il « apprenne » à différencier et reconnaître les phoques communs. Krista Ingram explique que, dans un premier temps, le logiciel engrangeait les photos et se contentait de les cadrer et les découper à une taille standard. Ses étudiants devaient ensuite se livrer à un travail de fourmi en identifiant manuellement le nez, la bouche et le centre des yeux.

Près de 2 000 photos pour une première reconnaissance faciale des phoques communs du Maine

La première phase de mise au point porta sur 1 752 photos représentant 408 phoques communs, prises par les membres de l’équipe, autour de la baie de Casco, dans le Maine. Il leur fallut 2 ans pour venir à bout de cette tâche.

Le résultat fut plus qu’encourageant, car le logiciel réussit à identifier correctement à 88 % les faces des phoques.

Depuis, les étudiants continuent à élargir la base de données de SealNet en ajoutant un grand nombre de photos. Comme l’indique Krista Ingram, cela nourrit l’intelligence artificielle et fait progresser la précision de l’identification.

Les aléas de l’identification des phoques communs par SealNet

Bien qu’appartenant aux technologies de pointe, SealNet ne saurait être infaillible. Toutefois, lorsqu’il échoue à identifier un phoque, il y a fort à parier qu’un humain aussi aurait pu se fourvoyer. En effet, Krista Ingram explique que SealNet identifie parfois des éléments naturels — comme de la végétation ou des rochers — comme étant des éléments de la face d’un phoque. À y regarder de plus près, les étudiants ont chaque fois constaté que la méprise n’avait rien d’étonnant.

« La roche ressemble parfois vraiment à un visage de phoque », explique Krista Ingram. « Les parties les plus sombres étant à peu près à la même distance que les yeux, on peut aisément comprendre pourquoi le logiciel a identifié à tort la face d’un pinnipède. »

 C’est la raison pour laquelle, en l’état actuel des choses, il convient de vérifier systématiquement que les photos qu’analyse SealNet appartiennent réellement à un phoque.

Une méthode non invasive pour des coûts réduits

SealNet représente une innovation très intéressante qui permet d’étudier de façon non invasive les phoques, de les recenser, ainsi que d’observer leur évolution et leurs déplacements. Sa mise au point s’est effectuée sur les phoques communs, mais l’objectif est de l’étendre à tous les pinnipèdes, c’est-à-dire l’ensemble des phoques, otaries et morses.

Les pinnipèdes peuplent tous les océans du monde et il apparaît difficile de les étudier, car ils sont mobiles, évoluent en groupes importants, vivent dans des endroits dont les abords sont difficiles, voire impossibles, ne peuvent pas être suivis sous l’eau…

Les lacunes sont vastes quant à la connaissance de ces animaux marins. Outre les performances en constante progression de SealNet, le logiciel évite d’avoir recours au marquage ou à la surveillance aérienne qui sont des méthodes invasives qui peuvent déranger les animaux, en plus de modifier leur comportement. Cerise sur le gâteau, ces méthodes s’avèrent bien plus coûteuses que l’utilisation de SealNet, d’où l’intérêt économique de cette innovation.

Le phoque est-il fidèle à ses sites d’échouerie ?

L’une des premières préoccupations des étudiants de l’université de Colgate est de découvrir si les phoques se montrent fidèles à leurs sites d’échouerie. Les premières conclusions de SealNet prouvent que certains phoques communs retournent effectivement chaque année sur leur échouerie favorite. D’autres en revanche ont montré une certaine versatilité en fréquentant des lieux divers. C’est notamment le cas de Clove et Petal – comme les ont surnommés les étudiants – qui sont apparus sur des sites différents.

Une meilleure protection pour des zones mieux définies

Mieux comprendre les mouvements des phoques, que ce soit en groupe ou individuellement, doit permettre de mieux protéger certaines zones qu’affectionnent les pinnipèdes.

Anders Galatius, biologiste à l’université d’Aarhus au Danemark, est responsable de la surveillance des populations de phoques au Danemark. Il estime que les performances du logiciel apparaissent prometteuses. Elles permettront de mieux identifier les phoques, notamment en associant la méthode qu’il utilise actuellement, à savoir la photo identification qui se focalise davantage sur les marques distinctives du pelage des phoques. Les conclusions portant sur les déplacements des pinnipèdes permettront de mieux déterminer les sites à protéger pour préserver l’espace vital des phoques.

L’ouverture de SealNet aux autres animaux marins

L’ambition de Krista Ingram est d’abord d’élargir SealNet aux autres pinnipèdes, mais aussi peut-être aux cétacés. Elle travaille également sur la possibilité de développer une application dans le prolongement de SealNet qui serait accessible aux citoyens et touristes qui pourraient enrichir sa base de données au gré de leurs observations.

Les phoques communs profitent de la plage !