Automatic recognition of fish from video sequences

The problem of automatic recognition of the fish from the video sequences is discussed in this Master’s Thesis. This is a very urgent issue for many organizations engaged in fish farming in Finland and Russia because the process of automation control and counting of individual species is turning point in the industry. The difficulties and the specific features of the problem have been identified in order to find a solution and propose some recommendations for the components of the automated fish recognition system. Methods such as background subtraction, Kalman filtering and Viola-Jones method were implemented during this work for detection, tracking and estimation of fish parameters. Both the results of the experiments and the choice of the appropriate methods strongly depend on the quality and the type of a video which is used as an input data. Practical experiments have demonstrated that not all methods can produce good results for real data, whereas on synthetic data they operate satisfactorily.

Kirkkaasta sameaan : Meren kuormitus ja tila Saaristomerellä ja Ahvenanmaalla

Tässä raportissa tarkastellaan Saaristomeren ja Ahvenmaan merialueen kuormitusta ja tilaa ja niissä viime vuosikymmeninä tapahtuneita muutoksia vuosiin 2008 ja 2009 saakka. Pääpaino on ravinnekuormituksessa ja veden laadussa, mutta mukana on taustatietoa ja muun muassa katsaus kalakannoista. Saaristomeren ja Ahvenanmaan merialueen tila on heikentynyt huomattavasti viimeisten vuosikymmenten aikana. Erityisesti fosforin ja a-klorofyllin määrät ovat kasvaneet ja näkösyvyys pienenentynyt. Viimeisen kymmenen vuoden aikana pintaveden fosforipitoisuuden kasvu on laantunut suurimmassa osassa aluetta, mutta pohjanläheisessä vesikerroksessa ja talvella fosforipitoisuus on jatkanut kasvuaan monin paikoin viime vuosiin asti. Myös a-klorofyllin määrä on lisääntynyt ulko- ja välisaaristossa 2000-luvullakin. Viime vuosina klorofyllipitoisuuden kasvu on kuitenkin laantunut tai pitoisuus laskenut varsinkin rannikonläheisissä vesissä. Merialueen suurin paikallinen ravinnekuormittaja on maatalous, mutta varsinkin typpeä tulee runsaasti myös ilmalaskeumana. Sisäinen kuormitus ja virtausten mukana Suomenlahdelta ja muualta Itämereltä tulevat ravinteet heikentävät niin ikään merialueen tilaa. Muita ravinnelähteitä ovat mm. haja-asutus, jätevedenpuhdistamot ja kalankasvatus. Ahvenanmaan merialueelle ravinteita tulee enemmän muualta kuin Ahvenanmaalta. Hajakuormituksessa on tapahtunut viime vuosikymmeninä selviä vuodenaikaisia muutoksia. Vuosina 1990 – 2009 jokien mereen tuoma ravinne- ja kiintoainekuormitus on ollut talvisin ja syksyisin selvästi suurempaa kuin vuosina 1970 – 1989. Talviaikaisen kuormituksen lisääntyminen johtuu aiempaa lauhemmista talvista, ja antaa viitteitä ilmastonmuutoksen mukanaan tuomista muutoksista. Vaikka Saaristomeren ja Ahvenanmaan merialueen tilassa on ollut viime aikoina nähtävissä myönteisiäkin merkkejä, on niiden tila edelleen huolestuttava. Ainoa keino merialueen tilan parantamiseksi on kuormituksen huomattava vähentäminen. Vähentäminen koskee niin paikallisia ravinnelähteitä, erityisesti maataloutta, kuin muualta Itämereltä virtausten mukana tulevia ravinteita ja ilmalaskeumaa.

Streptococcus agalactiae (GBS) PNA FISH -tekniikan soveltuminen B-ryhmän streptokokin tunnistukseen

B-ryhmän beetahemolyyttinen streptokokki (GBS = Group B Streptococcus, Streptococcus agalactiae)aiheuttaa vakavia infektioita yleensä astasyntyneillä. Tartunta saadaan yleensä synnytyskanavasta ja riskitekijöinä ovat muun muassa keskosuus, ennenaikainen lapsivedenmeno ja äidin runsas Bstreptokokkikolonisaatio emättimessä. Bakteerin tunnistukseen käytetään tällä hetkellä viljelytekniikkaa, jonka tulos saadaan vasta 24-48 tunnin kuluttua. Opinnäytetyöni tarkoituksena on tutkia uutta ja nopeampaa tunnistusmenetelmää: GBS PNA FISH - tekniikkaa (Peptide Nucleic Acid Fluorescence in Situ Hybridization). Tarkoituksena on tutkia tekniikan spesifiteettiä ja sensitiviteettiä. Tekniikan spesifiteettiä tutkitaan B-ryhmän beetahemolyyttisellä streptokokilla sekä kuudella muulla emättimen normaaliflooraan kuuluvalla bakteerilajilla. Yhteensä bakteerikantoja on tutkimuksessa mukana 48 kappaletta. Tämän lisäksi tutkitaan myös tekniikan sensitiviteettiä, jota tutkitaan bakteereista tehdyn laimennossarjan avulla. Sensitiviteetti tutkitaan bakteeriseoksesta, jonne on B-ryhmän beetahemolyyttisen streptokokin lisäksi lisätty muita emättimen normaaliflooran bakteereita. Lisäksi sensitiviteetti tutkitaan pelkällä B-ryhmän beetahemolyyttisellä streptokokilla käyttäen sekä normaalia että bakteerin rikastusmenetelmää. Testeistä saadut tulokset tulkitaan fluoresenssimikroskoopin avulla. GBS PNA FISH -tekniikan spesifiteetti todettiin erittäin hyväksi. Tekniikka tunnisti kaikki B-ryhmän beetahemolyyttiset streptokokit positiivisiksi ja kaikki muut lajit antoivat negatiivisen tuloksen. B-streptokokin positiivisuus oli erotettavissa mikroskopoitaessa vahvana fluoresointina, kun taas muut lajit eivät fluoresoineet lainkaan. GBS PNA FISH -tekniikan sensitiivisyyden tulokset eivät kuitenkaan täyttäneet odotuksia. Ainoastaan bakteerin rikastusmenetelmällä saadut tulokset olivat loistavia, mutta bakteeriseoksella ja pelkällä B-ryhmän beetahemolyyttisellä streptokokilla saadut tulokset olivat lähes olemattomia. Rikastusmenetelmän kaikki laimennokset fluoresoivat positiivisina, kun taas muissa tapauksissa vain vahvin liuos antoi jonkinlaista positiivista fluoresointia. GBS PNA FISH -tekniikan spesifiteetti todettiin hyväksi. Tekniikan sensitiviteetti ei kuitenkaan vastaa käyttötarkoitusta ja todellisessa tilanteessa tekniikka ei pystyisi tunnistamaan sille spesifistä bakteeria muiden bakteerien joukosta.

Effects of cage size and obstructed view from cage on use of resting platforms by farmed silver foxes

Selostus: Häkin koon ja häkissä olevien näköesteiden vaikutus tarhattujen hopeakettujen makuuhyllyn käyttöön

Effect of the environment inside and outside the cage on the activity and behaviour test performance of silver foxes

Selostus: Kasvatushäkin ympäristön vaikutus hopeakettujen käyttäytymiseen

Annual and seasonal changes in production and composition of grazed clover-grass mixtures in organic farming

Selostus: Alsike-, puna- ja valkoapilan vaikutus laitumen tuottoon luonnonmukaisessa tuotannossa

Fish ja periaatteiden tyhjyys

Kirjallisuusarvostelu

Identification and application of bile metabolites to assess the exposure of fish to pharmaceuticals in the environment

Thousands of tons of pharmaceuticals are consumed yearly worldwide. Due to the continuous and increasing consumption and their incomplete elimination in wastewater treatment plants (WWTP), pharmaceuticals and their metabolites can be detected in receiving waters, although at low concentrations (ng to low μg/L). As bioactive molecules the presence of pharmaceuticals in the aquatic environment must be considered potentially hazardous for the aquatic organisms. In this thesis, the biotransformation and excretion of pharmaceuticals in fish was studied. The main biotransformation pathways of three anti‐inflammatory drugs, diclofenac, naproxen and ibuprofen, in rainbow trout were glucuronidation and taurine conjugation of the parent compounds and their phase I metabolites. The same metabolites were present in fish bile in aquatic exposures as in fish dosed with intraperitoneal injection. Higher bioconcentration factor in bile (BCFbile) was found for ibuprofen when compared to diclofenac and naproxen. Laboratory exposure studies were followed by a study of uptake of pharmaceuticals in a wild fish population living in lake contaminated with WWTP effluents. Of the analyzed 17 pharmaceuticals and six phase I metabolites, only diclofenac, naproxen and ibuprofen was present in bream and roach bile. It was shown, that diclofenac, naproxen and ibuprofen excreted by the liver can be found in rainbow trout and in two native fish species living in the receiving waters. In the bream and roach bile, the concentrations of diclofenac, naproxen and ibuprofen were roughly 1000 times higher than those found in the lake water, while in the laboratory exposures, the bioconcentration of the compounds and their metabolites in rainbow trout bile were at the same level as in wild fish or an order of magnitude higher. Thus, the parent compounds and their metabolites in fish bile can be used as a reliable biomarker to monitor the exposure of fish to environmental pharmaceuticals present in water receiving discharges from WWTPs.

Persistent organic pollutants in sediments and fish from Lake Victoria, Uganda

This thesis describes the occurrence and sources of selected persistent organic pollutants (POPs) such as polychlorinated dibenzo-p-dioxins (PCDDs), polychlorinated dibenzofurans (PCDFs), polychlorinated biphenyls (PCBs), polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) and hexachlorocyclohexanes (HCHs) in the northern watershed of Lake Victoria. Sediments and fish were collected from three highly polluted embayments (i.e. Murchison Bay, Napoleon Gulf and Thurston Bay) of the lake. The analysis for PCDD/Fs, PCBs and PBDEs was done using a high resolution mass spectrometer coupled to a gas chromatograph (GC), and a GC equipped with an electron capture detector was used for HCHs. Total (Σ) PCDD/Fs, PCBs and PBDEs in sediments ranged from 3.19 to 478, 313 to 4325 and 60.8 to 179 pg g-1 dry weight (dw), respectively. The highest concentrations of pollutants were found at sites close to industrial areas and wastewater discharge points. The maximum concentrations of PCDD/Fs, PCBs, PBDEs and HCHs in fish muscle homogenates were 49, 779, 495 and 45,900 pg g-1 wet weight (ww), respectively. The concentrations of the pollutants in Nile perch (Lates niloticus) were significantly greater than those in Nile tilapia (Oreochromis niloticus), possibly due to differences in trophic level and dietary feeding habits among fish species. World Health Organization-toxic equivalency quotient (WHO2005-TEQ) values in the sediments were up to 4.24 pg g-1 dw for PCDD/Fs and 0.55 pg TEQ g-1 dw for the 12 dioxin-like PCBs (dl-PCBs). 23.1% of the samples from the Napoleon Gulf were above the interim sediment quality guideline value of 0.85 pg WHO-TEQ g-1 dw set by the Canadian Council for Ministers of the Environment. The WHO2005-TEQs in fish were 0.001-0.16 pg g-1 for PCDD/Fs and 0.001-0.31 pg g-1 ww for dl- PCBs. The TEQ values were within a permissible level of 3.5 pg g−1 ww recommended by the European Commission. Based on the Commission set TEQs and minimum risk level criteria formulated by the Agency for Toxic Substances and Disease Registry, the consumption of fish from Lake Victoria gives no indication of health risks associated to PCDD/Fs and PCBs. Principal component analysis (PCA) indicated that anthropogenic activities such as agricultural straw open burning, medical waste incinerators and municipal solid waste combustors were the major sources of PCDD/Fs in the watershed of Lake Victoria. The ratios of α-/γ-HCH varied from 0.89 to 1.68 suggesting that the highest HCH residues mainly came from earlier usage and fresh γ-HCH (lindane). In the present study, the concentration of POPs in fish were not significantly related to those in sediments, and the biota sediment accumulation factor (BSAF) concept was found to be a poor predictor of the bioavailability and bioaccumulation of environmental pollutants.

Spatial and temporal variation in fish populations and assemblages in coastal waters of the northern Baltic Proper

The distribution and traits of fish are of interest both ecologically and socio-economically. In this thesis, phenotypic and structural variation in fish populations and assemblages was studied on multiple spatial and temporal scales in shallow coastal areas in the archipelago of the northern Baltic Proper. In Lumparn basin in Åland Islands, the fish assemblage displayed significant seasonal variation in depth zone distribution. The results indicate that investigating both spatial and temporal variation in small scale is crucial for understanding patterns in fish distribution and community structure in large scale. The local population of Eurasian perch Perca fluviatilis L displayed habitat-specific morphological and dietary variation. Perch in the pelagic zone were on average deeper in their body shape than the littoral ones and fed on fish and benthic invertebrates. The results differ from previous studies conducted in freshwater habitats, where the pelagic perch typically are streamlined in body shape and zooplanktivorous. Stable isotopes of carbon and nitrogen differed between perch with different stomach contents, suggesting differentiation of individual diet preferences. In the study areas Lumparn and Ivarskärsfjärden in Åland Islands and Galtfjärden in Swedish east coast, the development in fish assemblages during the 2000’s indicated a general shift towards higher abundances of small-bodied lower-order consumers, especially cyprinids. For European pikeperch Sander lucioperca L., recent declines in adult fish abundances and high mortalities (Z = 1.06–1.16) were observed, which suggests unsustainably high fishing pressure on pikeperch. Based on the results it can be hypothesized that fishing has reduced the abundances of large predatory fish, which together with bottom-up forcing by eutrophication has allowed the lower-order consumer species to increase in abundances. This thesis contributes to the scientific understanding of aquatic ecosystems with new descriptions on morphological and dietary adaptations in perch in brackish water, and on the seasonal variation in small-scale spatial fish distribution. The results also demonstrate anthropogenic effects on coastal fish communities and underline the urgency of further reducing nutrient inputs and regulating fisheries in the Baltic Sea region.