Bags-of-Features for fish school cluster characterization in pelagic ecosystems: application to the discrimination of juvenile and adult anchovy (Engraulis ringens) clusters off Peru

Abstract

Whereas fisheries acoustics data processing mainly focused on the detection, characterization, and recognition of individual fish schools, here we addressed the characterization and discrimination of fish school clusters. The proposed scheme relied on the application of the Bags-of-Features (BoF) approach to acoustic echograms. This approach is widely exploited for pattern recognition issues and naturally applies here, considering fish schools as the relevant elementary objects. It relies on the extraction and categorization of fish schools in fisheries acoustic data. Echogram descriptors were computed per unit echogram length as the numbers of schools in different school categories. We applied this approach to the discrimination of juvenile and adult anchovy (Engraulis ringens) off Peru. Whereas the discrimination of individual schools is low (below 70%), the proposed BoF scheme achieved between 89% and 92% of correct classification of juvenile and adult echograms for different survey data sets and significantly outperformed classical school-based echogram characteristics (about 10% of improvement of the correct classification rate). We further illustrate the potential of the proposed scheme for the estimation of the spatial distribution of juvenile and adult anchovy populations.Résumé : Alors que le traitement de données acoustiques sur les ressources halieutiques est principalement axé sur la détec-tion, la caractérisation et la reconnaissance de bancs individuels de poissons, nous nous penchons sur la caractérisation et la discrimination de groupes de bancs de poissons. Le schéma proposé repose sur l'application de l'approche des sacs de mots visuels (« Bags-of-Features » ou BoF) au traitement d'échogrammes acoustiques. Cette approche est fréquemment appliquée aux problèmes de reconnaissance de formes et s'applique donc tout naturellement à l'étude de bancs de poissons en tant qu'objets élémentaires. Elle repose sur l'extraction et la catégorisation de bancs de poissons à partir de données acoustiques sur les ressources halieutiques. Des descripteurs d'échogramme ont été calculés par unité de longueur d'échogramme, correspondant aux nombres de bancs, dans différentes catégories de bancs. Nous avons appliqué cette approche à la discrimination d'anchois (Engraulis ringens) juvéniles et adultes au large des côtes du Pérou. Si la discrimination de bancs individuels est faible (inférieure à 70 %), la classification des échogrammes de juvéniles et d'adultes reposant sur l'approche des BoF s'est avérée exacte dans de 89 % à 92 % des cas pour différents ensembles de données de levés, ce qui correspond à une augmentation significative de l'exactitude par rapport aux approches classiques reposant sur les caractéristiques d'échogram-mes basées sur le banc (augmentation d'environ 10 % du taux de classification exacte). Nous poussons plus loin la démons-tration du potentiel du schéma proposé pour l'estimation de la distribution spatiale des populations d'anchois juvéniles et adultes.[Traduit par la Rédaction]

A probabilistic procedure for estimating an optimal echo-integration threshold using the Expectation-Maximisation algorithm

“…The black vertical lines in (c) and (d) represent the optimal thresholds found for both sets, À54.2 and À60.4 dB, respectively. (Anderson et al, 2007;Woillez et al, 2012), and discriminating juvenile and adult fish school clusters (Fablet et al, 2012). In this work, we demonstrate the feasibility of using this tool to estimate a probabilistic threshold with single frequency data.…”

Tamaño óptimo de muestra del programa de observadores a bordo de la flota dirigida a la explotación de la anchoveta peruana (Engraulis ringens)

“…La captura de juveniles de anchoveta en una magnitud superior a la tolerancia establecida (10% en número) así como sus descartes están prohibidos y penados, y su registro puede generar vedas locales a muy corto plazo (Arias Schreiber et al 2011). A diferencia de la captura incidental, la captura de juveniles es más probable puesto que las embarcaciones podrían encontrarse en zonas con predominancia de juveniles y/o realizar calas compuestas por adultos y juveniles (Fablet et al 2012). Todo esto podría originar un sesgo en los registros de los observadores: por más que el observador de IMARPE no cumpla labores de fiscalización, su sola presencia podría inhibir a los pescadores de pescar en áreas con sabida ocurrencia de juveniles y de cometer descartes.…”