Identifier la nageoire dorsale de l’orque avec le logiciel Darwin

L’identification de l’orque s’effectue en observant la forme de sa nageoire dorsale, ainsi que la forme et la couleur de la tache de sa selle, cette marque grisâtre située juste derrière son aileron. Les premiers observateurs prenaient des notes et des photos, afin de constituer des catalogues papier. Ces informations ont progressivement été numérisées pour être entrées dans des bases de données qui permettent d’accéder plus facilement à la fiche d’identification d’un épaulard. Les cétologues peuvent désormais utiliser le logiciel Darwin : Digital Analysis and Recognition of Whale Images on a Network. Il est développé par le Collège Eckerd de Saint Petersburg en Floride.

Quelles sont les capacités du logiciel Darwin pour traiter la photo d’orque

Le logiciel Darwin n’est pas réservé qu’aux orques, mais est aussi utilisé pour toutes sortes de cétacés : baleines mysticètes ou odontocètes et dauphins. Cet article reprend d’ailleurs des cas d’étude avec des photos concernant des dauphins autres que les orques (l’orque étant le plus grand d’entre eux).

Le logiciel Darwin permet aux scientifiques marins de conserver des informations physiques et comportementales concernant les mammifères marins. Le logiciel fournit une interface utilisateur graphique permettant d’accéder à une collection d’images numériques de nageoire dorsale, ainsi qu’à des informations textuelles décrivant les animaux individuellement, avec des données d’observation pertinentes et datées.

Les utilisateurs peuvent interroger le système avec le nom d’un individu spécifique. La collection entière peut aussi être triée et visualisée, en fonction du lieu d’observation, de la date d’observation et de la catégorie des marques spécifiques de la nageoire dorsale.

Un chercheur peut également interroger une base de données d’images de nageoire dorsale de cétacés précédemment identifiés pour comparer avec l’image d’une nageoire dorsale non identifiée. Le logiciel Darwin répond avec une liste classée des images de nageoires de la base de données qui ressemblent le plus à l’image demandée.

L’avantage avec le logiciel Darwin est de pouvoir partager à plus grande échelle les données, ce qui est très intéressant pour les mammifères marins, et notamment les orques transientes ou hauturières, qui parcourent des distances colossales. Elles sont souvent observées par des chercheurs de différents pays – et même de plusieurs continents – qui jusque-là ne disposaient pas de moyens rapides et efficaces pour partager les données de leurs observations.

La photo d’orque et de dauphin de la nageoire dorsale et l’identification manuelle avant Darwin

Les chercheurs étudiant les mammifères marins identifient des animaux individuellement depuis longtemps. L’utilisation de la photo-identification des cétacés est basée sur des marques naturelles. La présence d’entailles, de cicatrices et d’encoches sur la nageoire dorsale constitue un ensemble suffisant de caractéristiques pour identifier les animaux adultes.

Pour les orques, la tache de la selle participe également à l’identification de l’animal : sa forme, comme sa couleur, sont uniques.

Photo de nageoire dorsale de dauphins présentant des marques naturelles distinctives facilement reconnaissables

La création des catalogues avec photo d’orque et dauphin

Les chercheurs photographient les cétacés dans leur environnement naturel et comparent les nouvelles photographies de leurs nageoires dorsales avec un catalogue de photographies des animaux précédemment identifiés.

Les catalogues sont organisés en catégories de formes d’ailerons distinctes et chacune de ces catégories est divisée en sous-catégories, indiquant les zones où les dommages aux ailerons sont prédominants.

Le processus de photo-identification manuelle, bien qu’efficace, prend énormément de temps, en particulier lorsque de grandes collections de cétacés connus sont utilisées. C’est aussi très compliqué dès lors qu’il s’agit d’animaux qui couvrent de grands territoires, car plusieurs unités de chercheurs travaillent sur les mêmes individus, mais ne peuvent pas connecter automatiquement leurs banques de données.

Identification automatisée de la nageoire dorsale avec le logiciel Darwin

Le logiciel Darwin permet une vision globale par ordinateur qui aide les chercheurs à identifier les cétacés, en leur facilitant la tâche : la comparaison d’images numériques de la nageoire dorsale de chacun des nouveaux animaux recensés est ainsi automatisée avec une base de données de l’aileron des dauphins, orques et baleines déjà identifiés.

En plus de l’image numérique de la nageoire dorsale et d’une approximation de son contour, des informations textuelles contenant des données d’observation sont stockées pour chacun des animaux identifiés.

Le logiciel Darwin utilise un processus semi-automatique pour créer une approximation de la forme de l’aileron. Le contour est utilisé pour formuler une requête, basée sur le croquis de la base de données des cétacés. Le système utilise une variété d’algorithmes de traitement d’image et de vision par ordinateur pour effectuer le processus de correspondance nécessaire pour identifier les nageoires dorsales précédemment identifiées qui ressemblent le plus à l’aileron inconnu.

Une fois la recherche terminée, le programme présente au chercheur les images de nageoire dorsale de la base de données par ordre de classement, afin qu’il puisse les comparer avec la nouvelle image d’aileron.

La fenêtre principale du logiciel Darwin pour l’identification de la nageoire dorsale

Dans la fenêtre principale du logiciel Darwin, une liste d’images et de données d’observation de la base de données est présentée à gauche ; l’image et le contour du nouvel individu sont présentés à droite.

La comparaison des ailerons par le logiciel Darwin

Le logiciel Darwin adopte une approche quantitative pour interroger la collection d’images. Un chercheur souhaitant identifier un cétacé inconnu doit importer une image numérique de sa nageoire dorsale et tracer grossièrement un contour général de ses bords avec l’aide du curseur.

Le centre de la trace initialise les positions d’une série de points régulièrement espacés positionnés le long du bord de la nageoire dorsale et lisse le repositionnement automatique des points. Le logiciel Darwin utilise des contours actifs pour déplacer les points depuis leur position initiale jusqu’au bord réel de l’aileron.

Tracé initial et tracé repositionné de la nageoire dorsale à l’aide de contours actifs

À gauche, l’emplacement initial du contour tracé ; à droite, le contour redessiné par le logiciel Darwin.

Une fois que les points ont été repositionnés par le logiciel Darwin, l’utilisateur a la possibilité de repositionner manuellement des points individuels le long du bord de l’aileron. Cette fonction est nécessaire pour rectifier les artefacts photographiques, tels que les reflets et l’eau et du soleil ou tout autre imperfection de la photo. En effet, ces « défauts » peuvent être interprétés par le programme comme des entailles et des encoches. De plus, les paramètres du contour actif qui encouragent la convergence vers un contour lisse, peuvent faire en sorte que le repositionnement automatique manque certaines entailles ou encoches possédant des angles extrêmes.

Identification automatique par le logiciel Darwin de la nageoire dorsale de dauphins

Le logiciel Darwin stocke la description de chaque nageoire dans la base de données sous la forme d’un ensemble de points régulièrement espacés qui se rapprochent du contour de la nageoire dorsale du cétacé. L’identification des points fournit une base pour automatiser l’enregistrement de deux contours de nageoire avant la comparaison.

Bien que les angles de vue de la nageoire de la base de données et de la nageoire inconnue soient très différents (la même nageoire dans ce cas), les points de plume sont identifiés de manière cohérente, et les contours sont donc bien alignés.

Le logiciel Darwin est suffisamment sophistiqué pour reconnaître une même nageoire dorsale filmée sous un angle différent. Il permet de créer des bases de données de grande précision qui font avancer considérablement les chercheurs pour l’étude de l’ensemble des cétacés. L’œil humain et l’expérience des cétologues restent indispensables, mais les scientifiques gagnent un temps considérable en utilisant le logiciel Darwin et peuvent partager des données collectées dans le monde entier.