Enabling technology for identification of individual salmon in commercial fish-cages

INDISAL er et innovativt prosjekt hvor partnerne innenfor INDISAL-prosjektet utviklet kameraløsninger og visuell teknologi som muliggjør automatisk observasjon av laksens egenskaper og tillater å identifisere laks på individnivå. Nye og innovative undervannslys og bildeløsninger ble bygget. Disse kan gi undervannsopptak med enestående høy kvalitet. Dette tillot prosjektet å utnytte og utvikle state-of-the-art datasyn og maskinlæringsteknikker for å identifisere individuelle laks og måle fiskestatus og/eller velferdsvariabler. En biometrisk identifikasjon av individuelle laks sammen med observasjon av egenskaper ved laksen, legger grunnlaget for å måle og forstå deres velferd og vekst innenfor kommersielle oppdrettsanlegg. Prosjekteier, Sealab AS, utviklet innovative styrbare kameraløsninger av høy kvalitet som gjorde det mulig å etablere 24/7 dataforbindelser til kommersielle oppdrettsanlegg. Dette muliggjorde ekstern tilgang til kameraopptak av høy kvalitet til enhver tid fra en laksemerd på et kommersielt oppdrettsanlegg. Den langsiktige datainnsamlingen var også avgjørende for utviklingen av robuste algoritmer, da dette tillot prosjektet å teste utviklede tilnærminger under ekte lys- og vannforhold. Et fullskala eksperiment for datainnsamling fra en sub-merd og for testing av biometriske identifikasjonstilnærminger under realistiske lysforhold i et kommersielt oppdrettsanlegg ble utført. De utviklede og testede metodene for identifisering av laks demonstrerte for første gang evnen til at individuelle laks kunne re-identifiseres i undervanns videostrømmer som ikke ble tatt opp på samme dag og under forskjellige lysforhold. Vi demonstrerte også den første tilnærmingen for måling av munnbevegelsen til laks, noe som førte til måling av "munnåpningsfrekvens" som en variabel for laksen atferdsstatus. Denne vil med stor sannsynlighet å være en verdifull velferdsindikator for laks. Innsikten og resultatene oppnådd innen INDISAL-prosjektet vil ha en betydelig innvirkning på akvakultur. Re-identifikasjon av laks åpner for en ikke-invasiv observasjon av enkeltlakser eller grupper av laks over en lengre tidsperiode. Dette muliggjør studier av tidsmessige endringer i fiskens utseende og oppførsel. Objektive målinger av laksens karakteristika sammen med en biologisk tolkning, vil forbedre forståelsen av fiskens relasjon til stress, og vil i ettertid øke evnen til å forbedre velferden til laksen.

The developed and tested salmon identification methods demonstrated for the first time the ability that individual salmons could be re-identified in underwater-video-streams that were not recorded at the same day and under different lighting conditions. We also demonstrated the first approach for the measurement of the apparent mouth motion of salmon, leading to a "mouth-opening-frequency" measurement as a behavioral status variable of the salmon that also has a high likelihood to be a valuable welfare indicator for salmon as well. The re-identification of salmon opens up possibilities for a non-invasive observation of individual or groups of salmon over a prolonged time-period, enabling the study of temporal changes in the appearance of the fish. This includes the growth of individual salmon and/or the development of visual damages over time.

The idea of the INDISAL project is to develop an individual biometric "finger-print" identification for salmon, enabling the gathering of status information for observed individual salmons over time in industrial sea based salmon farming. For this we develop and improve innovative underwater light solutions that help -- together with camera technology -- to provide excellent video-recordings and algorithms that can identify and analyze the characteristics of salmon from video streams. The innovation enables the salmon farming industry to have a real time overview of the current state of each individual salmon (i.e. growth-rate, quality, health status), while the collected time-line data of individual salmons can be used to analyze in detail which operational events had an impact on both individual fish and the whole fish-population. This could be utilized to improve fish welfare and to optimize the biomass production of the complex and dynamic fish-cage population. In addition, this opens completely new possibilities to observe and investigate the development and behaviour of salmons in fish-cages.