Ennallistamisen rekonstruointi: miten korallifotogrammetria tehdään

”Kymmenen kertaa viisi metriä ei kuulosta paljolta, mutta se on melko suuri alue, kun ui edestakaisin, ylös ja alas ja sitten ristiin”, selittää Kate Craggs. Mutta miksi ihmeessä hän ylipäätään ui shakkilautakuviota? Yksisanainen vastaus olisi ”fotogrammetria”, mutta jos olet seurannut tarinaa yhteistyöstämme Coral Spawning Internationalin ja Nature Seychellesin kanssa, tiedät jo, että todellinen vastaus on paljon kiehtovampi.

Älä säikähdä nimeä – koska fotogrammetria on aivan lumoavaa ja erityisesti silloin, kun sitä käytetään Seychellien koralliriutoilla. ”Se tarkoittaa, että otetaan valtava määrä valokuvia ja yhdistetään ne kuvankäsittelyohjelmistolla”, tohtori Jamie Craggs selventää. Ohjelmisto asettaa kuvasi päällekkäin, joten voit yhdistää kaikki nämä kaksiulotteiset kuvat kolmiulotteiseksi näkymäksi.

Tämä lyhyt selitys jo itsessään osoittaa, miksi tämä on niin hyödyllinen työkalu tohtori Craggsille ja hänen kollegoilleen meribiologeina: se mahdollistaa heidän vedenalaisen työnsä siirtämisen maalle, jotta he voivat tutkia, arvioida ja ennen kaikkea mitata kaikkia ennallistamiensa riuttojen osa-alueita. Ajan myötä he voivat myös selvästi nähdä työnsä vaikutukset, jotka ulottuvat kasvavien korallien kauneutta pidemmälle. Käytännössä fotogrammetria kuitenkin sijoittuu prosessin loppupuolelle, ja kuten Kate sanoi, se voi olla haastavaa.

”Valitsimme kuusi tutkimusaluetta Cousin-saaren erityissuojelualueelta. Kolmella valituista paikoista asetimme pressun riutan päälle ja pumppasimme sen alle uusia korallin toukkia, jotta ne asettuisivat kyseiselle alueelle”, tohtori Craggs selittää. Kate ja Nature Seychellesin tiimi mittasivat sitten huolellisesti jokaisen koealan ja muodostivat transektiviivat köysien avulla. He asettivat mittakaavamerkkejä, jotta mittauksille olisi referenssipisteitä. ”Jokaisessa merkissä on ainutlaatuinen koodattu kuvio, jonka avulla fotogrammetriaohjelmisto voi tunnistaa ja skaalata 3D-mallin tarkasti myöhemmin”, tohtori Craggs lisää. Kun mittaussukellukset on suoritettu, valokuvaussukellus alkaa.

Jokainen senttimetri alueesta täytyy kuvata kameralla, eikä se ole niin yksinkertaista kuin miltä kuulostaa. ”Se on haastavaa, koska et voi ennustaa virtausta ja aaltoja”, Kate selittää. ”Tasaista nopeutta ja korkeutta riutan yllä oli hankala ylläpitää. Koska koralleja on eri korkuisia, syvyyttä täytyy säätää jatkuvasti, kun ui riutan yllä kameran kanssa. Tarkkuus on tässä tärkeää, joten oikeiden työkalujen valinta on ratkaisevaa.

Hän käyttää Canon EOS R5 Mark II -kameraa laajakulmaobjektiivilla vedenpitävässä kotelossa, ja tuloksena on odotetun laadukkaita kuvia: yksi kuva sekunnissa, kaikki teräviä, väritarkkoja ja yksityiskohtaisia. ”Se antaa meille upeita yksityiskohtia”, tohtori Craggs lisää. ”Ja tämä on todella jännittävää.” Mutta kyse ei ole pelkästään siitä, että kuvat olisivat kauniita katsella. Hienot yksityiskohdat tuovat myös erottuvia piirteitä ja parantavat näin rekonstruoinnin tarkkuutta. ”Ensimmäinen asia, joka täytyy tehdä, on yhdistää kuvat ja muodostaa niin sanottu harva pistepilvi”, hän selittää. Tämä on ikään kuin luonnos pisteistä, joista kukin edustaa yhtä riutan piirrettä, joka esiintyy useissa päällekkäisissä kuvissa. Tämän avulla ohjelmisto voi laskea tilan perusmuodon. Tässä vaiheessa yksityiskohtia on vähän, ja siksi puhutaan ”harvasta pistepilvestä”.

”Sitten suodatamme aineistoa, jotta saamme aikaan ”tiheän pistepilven”. Tämä luo huomattavasti enemmän pisteitä – usein miljoonia – ja huomattavasti enemmän yksityiskohtia. Lopuksi muodostamme verkkorakenteen, joka yhdistää pisteet ja antaa 3D-mallille sen pintatekstuurin. Tämän saavuttaminen vaatii huomattavaa laskentatehoa, mutta zoomattaessa koralli näkyy erittäin tarkasti. ”Voimme mitata yksityiskohtia parin millimetrin tarkkuudella, joten saavutamme uskomattoman resoluution. Kuvanlaatu on erinomainen ja reunat ovat tarkkarajaiset, mikä lisää mittaustemme tarkkuutta.”

Jos korallin kasvun mittaamisen kuvittelee olevan pelkkää "on kasvanut / ei ole kasvanut" ‑arviointia, yllättyy sen monimutkaisuudesta. Fotogrammetria on tärkeä työkalu jokaisen kuuden kohteen seurannassa, ja se auttaa tohtori Craggsia ja Nature Seychellesin meribiologeja seuraamaan ja ymmärtämään, mitä tapahtuu – onko koralli juurtunut uuteen ympäristöönsä, mitkä ovat selviytymisprosentit sekä miten riutan muoto, koko ja rakenne ovat kehittyneet. Sitä käytetään yhdessä muiden mittausten, kuten veden laadun, lämpötilan ja valon läpäisyn kanssa, muodostamaan kokonaiskuva riutan terveydestä ajan kuluessa.

Fotogrammetria luo myös toisen tärkeän tavan tehdä vertailuja ajan myötä. 3D-mallit voidaan ”litistää” ja muuntaa niin sanotuksi ”ortomosaiikiksi”. Tässä tehtävässä koodatut mittakaavamerkit, jotka Kate ja hänen sukellustoverinsa asettivat jokaiselle koealueelle, pääsevät oikeuksiinsa. ”Mittakaavamerkit varmistavat, että kaikki kohdistuu oikein, jotta voidaan luoda kaksiulotteinen kuvan sadoista valokuvista”, tohtori Craggs selittää. Mitatut koealueet ovat pysyvä osa riutaa, sillä niiden avulla tiimi voi ottaa säännöllisiä kopioita ”litteästä kartasta”. ”Sitten voimme asettaa ne päällekkäin ja mitata suoraan, kuinka paljon korallialue on kasvanut kuuden kuukauden, vuoden tai sitä pidemmän ajan kuluessa.”

Kate ja Nature Seychellesin tiimi toistavat harjoituksen säännöllisesti, uiden ylös ja alas, vasemmalle ja oikealle, järjestelmällisesti valokuvaten kuutta korallialuetta, joista puoleen on lisätty ylimääräisiä korallin toukkia ja puoleen ei. ”Sitten voimme tarkentaa kuvaa ja nähdä, missä nuoret korallimme ovat, ja aloittaa mittaamisen”, tohtori Craggs sanoo. ”Perimmäisenä tarkoituksena on kerätä tiedot, analysoida ne ja mukauttaa lähestymistapaamme tarpeen mukaan. Kokeillaan, testataan, muokataan, parannetaan – kyseessä on jatkuva matka.”

Seuraa Nature Seychellesin ja Coral Spawning Internationalin kanssa tekemämme työn edistymistä täältä. Tutustu tarkemmin Canonin fotogrammetriaratkaisuihin.