Frequency demodulation on otolith numerical images for the automation of fish age estimation

Automatisation de l'estimation de l'âge des poissons au moyen de démodulation de fréquence sur des images numériques d'otolithes

IFREMER, Centre de Brest, BP 70, 29280 Plouzané, France Unité de Recherches en Biothématiques et Biostatistiques, Université Paris-VII, tour 53, 2, place Jussieu, 75251 Paris Cedex 05, France

Received: 25 March 1991
Accepted: 26 August 1991

Abstract

A method to assist the reading of calcified structures with digital images is proposed. An a priori growth pattern is introduced in the image processing to take into account both the variability of the ring size and the non-linearity of their growth. The introduction of biological knowledge is performed within a demodulation processing using the reciprocal growth function. The ring number is estimated by spectral analysis. The constraints introduced by the growth model are weak since they are restricted to the definition of L₀, in the case of an exponential model, or of L_∞ in the case of a Von Bertalanffy model. When applied to larval Dover sole otoliths (Solea solea) results close to the expert's are obtained. In the case of saithe otoliths (Pollachius virens) the mean discrepancy with the expert's, i.e. 1.5 years, can be assigned to the lack of processing of marginal rings and to the inadequacy of the morphogenesis model on which the processing algorithm is based. This approach which is only founded on the dynamic features of the "biological signal", will have to be completed in future work with the introduction of structural information.

Résumé

Une méthode d'aide à la lecture de pièces calcifiées par traitement d'images numériques est proposée. Un modèle de croissance a priori est intégré dans le traitement de l'image afin de prendre en compte à la fois la variabilité de la taille des "anneaux" et la non linéarité de leur croissance. Cette intégration est réalisée dans un traitement de démodulation à l'aide de la loi de croissance réciproque. L'estimation du nombre d'anneaux est ensuite réalisée par analyse spectrale. Les contraintes introduites par la prise en compte du modèle sont faibles puisque limitées à la définition du L₀, dans le cas d'un modèle exponentiel, du L_∞ dans le cas d'un modèle de Von Bertalanffy. Appliquée à des otolithes de larves de soles (Solea solea) cette méthode permet d'obtenir des résultats proches de ceux de l'expert. Dans le cas des otolithes d'adultes de lieu noir (Pollachius virens), la différence moyenne de 1,5 ans avec les experts doit être imputée à l'absence de traitement adéquat des anneaux marginaux tant qu'à l'inadéquation du modèle de morphogenèse sur lequel repose l'algorithme de traitement. Cette approche, uniquement fondée sur les caractéristiques dynamiques du "signal" biologique, devra être complétée par la prise en compte d'informations structurelles auxquelles se réfèrent habituellement les lecteurs.