图学学报 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (5): 971-983.DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2026050971
石鑫迪1, 赵浩然2, 王烁阳1, 陈栋1, 王续澎2, 周炜2, 冯颂3, 施雪卿1, 魏朋浩1, 赵飞1(
)
收稿日期:2026-04-15
接受日期:2026-07-15
出版日期:2026-10-31
发布日期:2026-10-26
通讯作者:赵飞,E-mail:zhaofei@qut.edu.cn基金资助:
SHI Xindi1, ZHAO Haoran2, WANG Shuoyang1, CHEN Dong1, WANG Xupeng2, ZHOU Wei2, FENG Song3, SHI Xueqing1, WEI Penghao1, ZHAO Fei1(
)
Received:2026-04-15
Accepted:2026-07-15
Published:2026-10-31
Online:2026-10-26
Contact:
ZHAO Fei,E-mail:zhaofei@qut.edu.cn
Supported by:摘要:
浮游生物是水生态系统的重要组成部分,其群落结构、丰度变化和优势种演替能够反映水体营养状态、生态扰动和环境质量变化,在水生态监测、有害藻华预警和水质评价中具有重要指示作用。传统人工镜检方法依赖专业经验,存在识别效率低、主观性强、连续监测能力不足等问题,难以满足水环境管理对实时化、精细化和自动化监测的需求。随着成像设备和图像识别算法的发展,浮游生物监测逐渐由人工取样和显微鉴定向自动化成像与智能识别转变。在此基础上,围绕图像获取、数据支撑、方法演进和场景应用等环节,系统梳理浮游生物图像采集设备、公开数据集及图像识别技术的发展现状,重点分析识别方法由人工特征提取和传统机器学习向深度学习发展的过程,以及相关技术在群落监测与生态响应分析、有害藻华预警和水质评价等领域的应用进展。同时,显微成像、流式成像和原位成像等设备为浮游生物图像获取提供了不同技术路径,其中原位成像更适用于真实水体连续监测;经过专家标注或人工校核的公开数据集可为模型训练与性能评价提供较可靠的数据基础。深度学习已成为浮游生物图像识别的重要技术路线,在提高识别精度和自动化水平方面表现突出,但仍面临数据集标准化不足、模型泛化能力有限、现场部署成本较高及多源信息融合不足等问题。未来,自监督学习、ViT和边缘智能等技术可在降低人工标注依赖、增强复杂图像特征表达和提升现场部署能力等方面发挥作用。推动原位成像监测、自动识别方法与水质参数分析相结合,有助于进一步提升浮游生物图像识别技术在水环境监测、预警和评价中的应用价值。
中图分类号:
石鑫迪, 赵浩然, 王烁阳, 陈栋, 王续澎, 周炜, 冯颂, 施雪卿, 魏朋浩, 赵飞. 面向水环境管理的浮游生物图像采集与识别技术研究进展[J]. 图学学报, 2026, 47(5): 971-983.
SHI Xindi, ZHAO Haoran, WANG Shuoyang, CHEN Dong, WANG Xupeng, ZHOU Wei, FENG Song, SHI Xueqing, WEI Penghao, ZHAO Fei. Research progress on plankton image acquisition and recognition technologies for water environmental management[J]. Journal of Graphics, 2026, 47(5): 971-983.
图1 浮游生物图像识别技术领域((a) 年发文量趋势图;(b) 研究热点变化趋势;(c) 在水环境管理中的应用)
Fig. 1 In the field of image recognition technology for plankton ((a) Annual publication trend; (b) The trend of research hotspots; (c) Applications in water environment management)
| 名称 | 工作场景 | 粒径范围 | 图像类型 | 图像采集后的识别方式 |
|---|---|---|---|---|
| 明场显微镜 | 实验室 | 300 nm~10 mm | 单色/彩色 | 人工识别 |
| Imaging FlowCytobot(IFCB) | 原位/实验室 | 10~150 μm | 单色 | 可结合识别模型自动分类 |
| CytoSense/Cytobuoy | 原位/实验室 | 1~800 μm | 单色 | 配套软件辅助识别 |
| FlowCam-Nano | 实验室 | 300 nm~30 μm | 单色 | 配套软件辅助识别 |
| FlowCam | 实验室 | 3~1 000 μm | 单色/彩色 | 配套软件辅助识别 |
| FlowCam-Macro | 实验室 | 300 μm~5 mm | 单色/彩色 | 配套软件辅助识别 |
| ZooScan | 实验室 | 150 μm~100 mm | 单色 | 软件和模型识别分类 |
| LISST-Holo2 | 原位 | 25~2 500 μm | 全息图 | 全息图重建后再识别 |
| UVP-5 | 原位 | 60 μm~20 mm | 单色 | 采集后由识别模型分类 |
| ISIIS | 原位 | 60 μm~130 mm | 单色 | 采集后由识别模型分类 |
| CPICS | 原位 | 30 μm~20 mm | 彩色 | 采集后由识别模型分类 |
| VPR | 原位 | 30 μm~50 mm | 单色视频 | 采集后由识别模型分类 |
| LOKI | 原位 | 50 μm~20 mm | 单色 | 采集后由识别模型分类 |
| 普通光学显微镜+数码相机 | 实验 | 0.5 μm~1.0 mm | 单色/彩色 | 人工识别或采集后模型分类 |
| 数字全息显微镜 | 原位/实验室 | 1~100 μm | 全息图 | 全息图重建后再识别 |
| 全息-流式组合 | 原位/在线监测 | 0.5~50.0 μm | 3D全息流速图 | 全息图重建后结合模型识别 |
表1 用于原始图像采集的浮游生物成像仪器[6-7]
Table 1 Plankton imaging instruments for raw image acquisition[6-7]
| 名称 | 工作场景 | 粒径范围 | 图像类型 | 图像采集后的识别方式 |
|---|---|---|---|---|
| 明场显微镜 | 实验室 | 300 nm~10 mm | 单色/彩色 | 人工识别 |
| Imaging FlowCytobot(IFCB) | 原位/实验室 | 10~150 μm | 单色 | 可结合识别模型自动分类 |
| CytoSense/Cytobuoy | 原位/实验室 | 1~800 μm | 单色 | 配套软件辅助识别 |
| FlowCam-Nano | 实验室 | 300 nm~30 μm | 单色 | 配套软件辅助识别 |
| FlowCam | 实验室 | 3~1 000 μm | 单色/彩色 | 配套软件辅助识别 |
| FlowCam-Macro | 实验室 | 300 μm~5 mm | 单色/彩色 | 配套软件辅助识别 |
| ZooScan | 实验室 | 150 μm~100 mm | 单色 | 软件和模型识别分类 |
| LISST-Holo2 | 原位 | 25~2 500 μm | 全息图 | 全息图重建后再识别 |
| UVP-5 | 原位 | 60 μm~20 mm | 单色 | 采集后由识别模型分类 |
| ISIIS | 原位 | 60 μm~130 mm | 单色 | 采集后由识别模型分类 |
| CPICS | 原位 | 30 μm~20 mm | 彩色 | 采集后由识别模型分类 |
| VPR | 原位 | 30 μm~50 mm | 单色视频 | 采集后由识别模型分类 |
| LOKI | 原位 | 50 μm~20 mm | 单色 | 采集后由识别模型分类 |
| 普通光学显微镜+数码相机 | 实验 | 0.5 μm~1.0 mm | 单色/彩色 | 人工识别或采集后模型分类 |
| 数字全息显微镜 | 原位/实验室 | 1~100 μm | 全息图 | 全息图重建后再识别 |
| 全息-流式组合 | 原位/在线监测 | 0.5~50.0 μm | 3D全息流速图 | 全息图重建后结合模型识别 |
| 数据集名称 | 浮游生物类型 | 图像数量 | 类别数 | 成像平台 | 标注方式 | 采集区域 | 参考文献 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kaggle-Plankton | 浮游动物 | 30 336 | 121 | ISIIS-2 | 人工标注 | 美国佛罗里达海峡 | [ |
| WHOI-Plankton | 浮游植物 | 3.5 M | 103 | IFCB | 人工标注 | 美国马萨诸塞州 | [ |
| ZooScanNet | 浮游动物 | 1.433 M | 93 | ZooScan | 半自动+人工校核 | 法国 | [ |
| PMID2019 | 浮游植物 | 10 819 | 24 | 明场显微镜 | 人工标注 | 中国青岛胶州湾 | [ |
| UVP5/MC | 浮游动物 | 1.588 M | 65 | UVP5 | 人工+自动标注混合 | 全球航次 | [ |
| SYKE-plankton_IFCB_Utö | 浮游植物 | 57 000 | 50 | IFCB | 人工标注 | 芬兰、波罗的海 | [ |
| SYKE-plankton_IFCB | 浮游植物 | 63 000 | 50 | IFCB | 人工标注 | 波罗的海 | [ |
| DYB-PlanktonNet | 浮游动物 | 47 419 | 90 | 暗场显微镜 | 人工标注 | 中国大亚湾,南海 | [ |
| Lake-Zooplankton | 浮游动物 | 17 943 | 35 | 双SPC | 人工标注 | 瑞士格赖芬湖 | [ |
| Plonus | 浮游动物 | 218 000 | 26 | VPR | 半自动+人工校核 | 北海-波罗的海 | [ |
表2 浮游生物公开数据集
Table 2 Public datasets of plankton images
| 数据集名称 | 浮游生物类型 | 图像数量 | 类别数 | 成像平台 | 标注方式 | 采集区域 | 参考文献 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kaggle-Plankton | 浮游动物 | 30 336 | 121 | ISIIS-2 | 人工标注 | 美国佛罗里达海峡 | [ |
| WHOI-Plankton | 浮游植物 | 3.5 M | 103 | IFCB | 人工标注 | 美国马萨诸塞州 | [ |
| ZooScanNet | 浮游动物 | 1.433 M | 93 | ZooScan | 半自动+人工校核 | 法国 | [ |
| PMID2019 | 浮游植物 | 10 819 | 24 | 明场显微镜 | 人工标注 | 中国青岛胶州湾 | [ |
| UVP5/MC | 浮游动物 | 1.588 M | 65 | UVP5 | 人工+自动标注混合 | 全球航次 | [ |
| SYKE-plankton_IFCB_Utö | 浮游植物 | 57 000 | 50 | IFCB | 人工标注 | 芬兰、波罗的海 | [ |
| SYKE-plankton_IFCB | 浮游植物 | 63 000 | 50 | IFCB | 人工标注 | 波罗的海 | [ |
| DYB-PlanktonNet | 浮游动物 | 47 419 | 90 | 暗场显微镜 | 人工标注 | 中国大亚湾,南海 | [ |
| Lake-Zooplankton | 浮游动物 | 17 943 | 35 | 双SPC | 人工标注 | 瑞士格赖芬湖 | [ |
| Plonus | 浮游动物 | 218 000 | 26 | VPR | 半自动+人工校核 | 北海-波罗的海 | [ |
| 算法 | 支持输入的数据类型 | 优点 | 缺点 | 参考文献 |
|---|---|---|---|---|
| SVM | 数值型 | 稳定性强、精度高、适用性广 | 核函数和参数选择对结果影响大 | [ |
| RDF | 数值型、分类型 | 抗拟合能力强、可输出特征重要性 | 计算成本高、预测速度较慢 | [ |
| KNN | 数值型 | 无训练过程、实现简单 | 预测较慢,对k值敏感 | [ |
| DT | 数值型、分类型 | 可解释性强、规则清晰 | 易过拟合、泛化弱、单棵树稳定性差 | [ |
| NB | 数值型、计数型 | 计算快,对小规模数据表现良好 | 依赖特征独立假设、复杂特征下精度低 | [ |
表3 图像识别领域各分类器的优缺点
Table 3 Advantages and disadvantages of various classifiers in image recognition
| 算法 | 支持输入的数据类型 | 优点 | 缺点 | 参考文献 |
|---|---|---|---|---|
| SVM | 数值型 | 稳定性强、精度高、适用性广 | 核函数和参数选择对结果影响大 | [ |
| RDF | 数值型、分类型 | 抗拟合能力强、可输出特征重要性 | 计算成本高、预测速度较慢 | [ |
| KNN | 数值型 | 无训练过程、实现简单 | 预测较慢,对k值敏感 | [ |
| DT | 数值型、分类型 | 可解释性强、规则清晰 | 易过拟合、泛化弱、单棵树稳定性差 | [ |
| NB | 数值型、计数型 | 计算快,对小规模数据表现良好 | 依赖特征独立假设、复杂特征下精度低 | [ |
图2 SVM和RDF分类决策示意图((a) SVM寻找最优分离超平面将其分类;(b) RDF由多棵决策树预测结果并进行综合投票)
Fig. 2 Schematic diagram of SVM and RDF classification decision ((a) SVM finds the optimal separation hyperplane to classify it; (b) RDF predicts the results by multiple decision trees and conducts comprehensive voting)
| 技术类别 | 输入的数据 | 典型任务 | 常用网络 | 参考文献 |
|---|---|---|---|---|
| 图像分类 | 单一目标的图像+图像级标注 | 物种筛查与鉴定、对水质快速评价 | CNN(AlexNet,VGGNet,GoogLeNet,ResNet) | [ |
| 目标检测 | 多目标的原位图像+边界框标注 | 生物多样性快速评估、对目标物种计数与 预警 | YOLO系列、R-CNN、 DETR类 | [ |
| 图像分割 | 多目标的原位图像+像素级标注 | 浮游生物形态功能群研究、生物量估算、 健康状况评估 | SegNet,Mask R-CNN | [ |
表4 深度学习主要技术方法的差异
Table 4 Differences in key technical approaches of deep learning
| 技术类别 | 输入的数据 | 典型任务 | 常用网络 | 参考文献 |
|---|---|---|---|---|
| 图像分类 | 单一目标的图像+图像级标注 | 物种筛查与鉴定、对水质快速评价 | CNN(AlexNet,VGGNet,GoogLeNet,ResNet) | [ |
| 目标检测 | 多目标的原位图像+边界框标注 | 生物多样性快速评估、对目标物种计数与 预警 | YOLO系列、R-CNN、 DETR类 | [ |
| 图像分割 | 多目标的原位图像+像素级标注 | 浮游生物形态功能群研究、生物量估算、 健康状况评估 | SegNet,Mask R-CNN | [ |
| 应用 类型 | 应用场景与目的 | 成像平台/设备 | 技术方法 | 识别对象 | 参考文献 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 群落监测及生态响应分析 | 墨西哥湾海洋生态调查,实现快速、高分辨的浮游生物群落结构监测 | ISIIS | SparseConvNet | 浮游生物 | [ | |||
| 比斯开湾与西班牙北部沿岸60个独立水样监测,估计未知水样8个类群的细胞丰度 | FlowCam | SVM,RDF | 8类浮游生物 | [ | ||||
| 全球走航调查,获取浮游动物丰度、粒径谱,用于生态系统监测 | ZooCAM | RDF+人工验证 | 中型浮游生物 | [ | ||||
| 黑海6个站位海上监测试验,实现原位、非侵入、实时获取浮游生物丰度与生物量 | 数字全息相机 | 决策树 | 浮游生物单个体及链状体 | [ | ||||
| 美国佛罗里达暖流核心区域,定量估算密度与微尺度分布 | ISIIS | 人工识别 | 中型浮游动物 | [ | ||||
| 比利时北海观测站,替代传统人工显微镜识别,输出群落识别结果,提升监测效率与一致性 | FlowCam | ResNet50 | 浮游植物 | [ | ||||
| 法国Villefranche海湾监测,为浮游动物监测提供了一种高效、标准化和可重复的图像识别解决方案 | ZooScan | 随机森林+人工验证 | 33类浮游动物 | [ | ||||
| 大亚湾与长江口海域监测,将浮游生物转化成实时、可验证和可更新的数据流 | 原位暗场成像系统 | 监督对比学习+ 图像检索 | 90类浮游生物 | [ | ||||
| 俄罗斯贝加尔湖监测,构建淡水生态系统监测工具,支持水环境管理与保护决策 | 光学显微镜 | Xception网络+ 迁移学习 | 浮游植物 | [ | ||||
| 菲律宾两大沙丁鱼渔场,为后续实时浮游植物自动监测可复制、可扩展的技术模板 | FlowCam | 自定义的统计滤波器 | 硅藻、甲藻、 蓝藻 | [ | ||||
| 北海生态监测航次调查,提供了一种实用、可推广的浮游生物图像分类方案 | FlowCam | CNN+DOC自适应机制 | 15类浮游生物 | [ | ||||
| 比利时北海长期监测,替代人工镜检,实时输出细胞密度与群落结构 | FlowCam | EfficientNetV2-B0卷积神经网络(CNN) | 95类浮游植物 | [ | ||||
| 美国乔治斯湾连续拖曳监测,实现自动、实时和高精度的浮游生物类群丰度估算 | 高倍拖曳相机(VPR) | 双分类器融合+ 自动校正 | 6种浮游生物 | [ | ||||
| 加拿大贝德福德湾监测,实现现场高通量、三维和非侵入式浮游生物分类基线 | 全息显微镜 | CNN+迁移学习 | 19类浮游生物 | [ | ||||
| 地中海、大西洋等多海域监测,实现高精度自动分类与计数,为大规模水环境自动监测提供解决方案 | UVP6水下图像剖面仪 | 元数据增强自监督 学习 | 23类浮游生物+碎屑 | [ | ||||
| 瑞士多州湖泊监测,提供可溯源、可重分析和可共享的数字化结果,保障长期生态时间序列的延续性 | Aquascope | Plankiformer CNN | 58个浮游生物 类群 | [ | ||||
| 北海德国湾生态监测,为海洋生态监测与稀有物种识别提供了可扩展的自动化方案 | VPR+TRIAXUS ROTV(遥控 拖体) | CNN+概率过滤+Top-k策略 | 26类浮游生物及非生物颗粒 | [ | ||||
| 对多种浮游生物图像数据集进行识别,构建通用浮游生物分类系统 | 公开浮游生物图像数据集 | CNN与Vision Transformer集成模型 | 浮游生物 | [ | ||||
| 海上走航实时监测,实现浮游动物图像自动分类与结果近实时传输,为海洋生态调查和自适应采样提供支持 | Plankton Imager(Pi-10) | Edge AI+ResNet 分类模型 | 桡足、非侧 足类浮游动物 和碎屑类 | [ | ||||
| 海洋浮游生物数字全息监测,实现浮游生物图像重建、目标检测与自动识别,为海洋生态健康监测提供支持 | 数字全息成像系统 | A-Unet图像重建+YOLOv5目标检测 | 尾海鞘、箭虫、棘皮动物幼体等 | [ | ||||
| Woods Hole码头连续观测,用于研究物种演替、潮汐信号及有害藻华早期预警 | IFCB | 特征提取+SVM分类器训练 | 22类浮游植物 | [ | ||||
| 构建浮游生物图像分类基准数据集,为自动识别模型训练与群落组成监测提供数据支撑 | IFCB | 人工特征方法与卷积神经网络分类模型 | 浮游生物 | [ | ||||
| 分析气候变化驱动下浮游植物群落结构迁移与重组,为生态响应评估提供参考 | 长期观测资料与气候模型数据 | 人工整理与统计分析 | 北大西洋浮游植物群落 | [ | ||||
| 海水原位自动监测,为海洋生态与健康评估提供高时空分辨率数据 | FlowCam | 特征提取+各种分类器训练 | 13类浮游生物 | [ | ||||
| 瑞士格赖芬湖自动监测,实现高通量、标准化、低成本的浮游动物自动计数与分类 | 双倍数斯克里普斯浮游生物相机 | EfficientNet系列CNN预训练+堆叠集成 | 35类淡水浮游 生物 | [ | ||||
| 有害藻华预警 | 德州近岸赤潮藻监测,对其进行小时级浓度估计,实现赤潮早期预警 | IFCB | CNN | 有毒甲藻 | [ | |||
| 省市环境监测站、水厂,实现对有害藻类的精细识别,为水质监测的初步筛查提供支撑 | 实验室利用 显微镜拍摄 | 5种CNN模型+ 迁移学习 | 11类有害藻、 31类无害藻 | [ | ||||
| 山东半岛海域赤潮监测,验证图像识别技术对特定有害藻华进行早期监测 | FlowCam | YOLOv3模型 | 有害藻种 | [ | ||||
| 芬兰Utö岛自动观测站,对图像分类并提取像素体积换算生物量 | IFCB | 随机森林 | 蓝藻 | [ | ||||
| 欧盟沿岸贝类养殖区例行监测,快速、低成本地自动判别有害藻华物种 | 光学显微镜+电视摄像机 | 特征提取+2种人工神经网络 | 23种有害甲藻 | [ | ||||
| 北美五大湖3座饮用水厂取水口监测,为饮用水厂提供毒素产藻与堵塞藻的即时报警 | 流动成像显微镜(ARTiMiS) | CNN(5层CONV- MP-DO+2 Dense) | 12类常见淡水藻 | [ | ||||
| 西班牙多尼奥斯湖监测,高召回精准剔除非藻,为毒性藻监测提供单标本图像 | 普通光学 显微镜 | 自适应阈值分割+Delaulay融合+RDF、SVM分类 | 51种淡水浮游植物及其干扰物 | [ | ||||
| 瑞士卢加诺湖剖面监测,捕捉蓝藻水华与扰动事件,支撑湖泊管理与预警 | Cytobuoy扫描流式细胞仪 | PCA降维+K-means聚类+荧光阈值判定蓝藻 | 浮游植物个体以及蓝藻类群 | [ | ||||
| 对不同微藻种类进行快速分类与识别,为有害藻华防控提供技术支持 | 光学显微镜 | 改进的YOLOv8s模型 | 不同的微藻种类 | [ | ||||
| 香港海鱼养殖区现场监测,实现有害藻华物种自动识别,为水产养殖管理和赤潮预警提供支持 | 自动成像显微镜(AFIM) | Edge-AI-Chip分类器 | 有害藻华 相关藻类 | [ | ||||
| 水质 评价 | 土耳其河流水质生物监测,推断水体生态状态与水质等级,替代人工镜检 | 光学显微镜+相机拍摄 | CNN(DiatomNet) | 68类淡水硅藻 | [ | |||
| 杜罗河流域水质生物监测,快速评估水体生态状态与水质等级 | 光学显微镜+相机拍摄 | Bagging决策树 | 80种淡水硅藻 | [ | ||||
| 黄河流域(山东段)及其支流,识别硅藻种类,评估水质与生态系统健康状况 | 场发射扫描电子显微镜 | 自研KEGC网络架构 | 底栖硅藻 | [ | ||||
| 河流污染监测,捕捉工业废水排放后种群数量,评价水质 | 自制微流控+高速相机 | YOLOv5s6+DA检测 | 6类活体 浮游生物 | [ | ||||
| 实验室自动识别硅藻,将硅藻分类到属级,用于水质评估与生态监测 | 2种Nikon 显微镜 | SCIRD-TS滤波+嵌套CNN | 365张硅藻图像 | [ | ||||
| 现场水质生物监测,实时检测生物并分类计数,提高监测效率 | 光学显微镜+相机拍摄 | YOLOv4 | 8类淡水原生 动物 | [ | ||||
| 实验室环境监测模拟,为水质自动监测与公共供水安全提供了可直接部署的解决方案 | 显微镜+Basler彩色CCD | 特征提取+SOM训练 | 23个藻类代表株 | [ | ||||
| 利用水蚤运动行为视频分析评估水质污染水平,为低成本水质生物监测提供参考 | 手机视频/行为记录 | 运动特征提取+MLP分类模型 | 大型溞运动行为 | [ | ||||
表5 浮游生物图像识别技术在水环境管理中的应用案例
Table 5 Application cases of plankton image recognition technology in water environment management
| 应用 类型 | 应用场景与目的 | 成像平台/设备 | 技术方法 | 识别对象 | 参考文献 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 群落监测及生态响应分析 | 墨西哥湾海洋生态调查,实现快速、高分辨的浮游生物群落结构监测 | ISIIS | SparseConvNet | 浮游生物 | [ | |||
| 比斯开湾与西班牙北部沿岸60个独立水样监测,估计未知水样8个类群的细胞丰度 | FlowCam | SVM,RDF | 8类浮游生物 | [ | ||||
| 全球走航调查,获取浮游动物丰度、粒径谱,用于生态系统监测 | ZooCAM | RDF+人工验证 | 中型浮游生物 | [ | ||||
| 黑海6个站位海上监测试验,实现原位、非侵入、实时获取浮游生物丰度与生物量 | 数字全息相机 | 决策树 | 浮游生物单个体及链状体 | [ | ||||
| 美国佛罗里达暖流核心区域,定量估算密度与微尺度分布 | ISIIS | 人工识别 | 中型浮游动物 | [ | ||||
| 比利时北海观测站,替代传统人工显微镜识别,输出群落识别结果,提升监测效率与一致性 | FlowCam | ResNet50 | 浮游植物 | [ | ||||
| 法国Villefranche海湾监测,为浮游动物监测提供了一种高效、标准化和可重复的图像识别解决方案 | ZooScan | 随机森林+人工验证 | 33类浮游动物 | [ | ||||
| 大亚湾与长江口海域监测,将浮游生物转化成实时、可验证和可更新的数据流 | 原位暗场成像系统 | 监督对比学习+ 图像检索 | 90类浮游生物 | [ | ||||
| 俄罗斯贝加尔湖监测,构建淡水生态系统监测工具,支持水环境管理与保护决策 | 光学显微镜 | Xception网络+ 迁移学习 | 浮游植物 | [ | ||||
| 菲律宾两大沙丁鱼渔场,为后续实时浮游植物自动监测可复制、可扩展的技术模板 | FlowCam | 自定义的统计滤波器 | 硅藻、甲藻、 蓝藻 | [ | ||||
| 北海生态监测航次调查,提供了一种实用、可推广的浮游生物图像分类方案 | FlowCam | CNN+DOC自适应机制 | 15类浮游生物 | [ | ||||
| 比利时北海长期监测,替代人工镜检,实时输出细胞密度与群落结构 | FlowCam | EfficientNetV2-B0卷积神经网络(CNN) | 95类浮游植物 | [ | ||||
| 美国乔治斯湾连续拖曳监测,实现自动、实时和高精度的浮游生物类群丰度估算 | 高倍拖曳相机(VPR) | 双分类器融合+ 自动校正 | 6种浮游生物 | [ | ||||
| 加拿大贝德福德湾监测,实现现场高通量、三维和非侵入式浮游生物分类基线 | 全息显微镜 | CNN+迁移学习 | 19类浮游生物 | [ | ||||
| 地中海、大西洋等多海域监测,实现高精度自动分类与计数,为大规模水环境自动监测提供解决方案 | UVP6水下图像剖面仪 | 元数据增强自监督 学习 | 23类浮游生物+碎屑 | [ | ||||
| 瑞士多州湖泊监测,提供可溯源、可重分析和可共享的数字化结果,保障长期生态时间序列的延续性 | Aquascope | Plankiformer CNN | 58个浮游生物 类群 | [ | ||||
| 北海德国湾生态监测,为海洋生态监测与稀有物种识别提供了可扩展的自动化方案 | VPR+TRIAXUS ROTV(遥控 拖体) | CNN+概率过滤+Top-k策略 | 26类浮游生物及非生物颗粒 | [ | ||||
| 对多种浮游生物图像数据集进行识别,构建通用浮游生物分类系统 | 公开浮游生物图像数据集 | CNN与Vision Transformer集成模型 | 浮游生物 | [ | ||||
| 海上走航实时监测,实现浮游动物图像自动分类与结果近实时传输,为海洋生态调查和自适应采样提供支持 | Plankton Imager(Pi-10) | Edge AI+ResNet 分类模型 | 桡足、非侧 足类浮游动物 和碎屑类 | [ | ||||
| 海洋浮游生物数字全息监测,实现浮游生物图像重建、目标检测与自动识别,为海洋生态健康监测提供支持 | 数字全息成像系统 | A-Unet图像重建+YOLOv5目标检测 | 尾海鞘、箭虫、棘皮动物幼体等 | [ | ||||
| Woods Hole码头连续观测,用于研究物种演替、潮汐信号及有害藻华早期预警 | IFCB | 特征提取+SVM分类器训练 | 22类浮游植物 | [ | ||||
| 构建浮游生物图像分类基准数据集,为自动识别模型训练与群落组成监测提供数据支撑 | IFCB | 人工特征方法与卷积神经网络分类模型 | 浮游生物 | [ | ||||
| 分析气候变化驱动下浮游植物群落结构迁移与重组,为生态响应评估提供参考 | 长期观测资料与气候模型数据 | 人工整理与统计分析 | 北大西洋浮游植物群落 | [ | ||||
| 海水原位自动监测,为海洋生态与健康评估提供高时空分辨率数据 | FlowCam | 特征提取+各种分类器训练 | 13类浮游生物 | [ | ||||
| 瑞士格赖芬湖自动监测,实现高通量、标准化、低成本的浮游动物自动计数与分类 | 双倍数斯克里普斯浮游生物相机 | EfficientNet系列CNN预训练+堆叠集成 | 35类淡水浮游 生物 | [ | ||||
| 有害藻华预警 | 德州近岸赤潮藻监测,对其进行小时级浓度估计,实现赤潮早期预警 | IFCB | CNN | 有毒甲藻 | [ | |||
| 省市环境监测站、水厂,实现对有害藻类的精细识别,为水质监测的初步筛查提供支撑 | 实验室利用 显微镜拍摄 | 5种CNN模型+ 迁移学习 | 11类有害藻、 31类无害藻 | [ | ||||
| 山东半岛海域赤潮监测,验证图像识别技术对特定有害藻华进行早期监测 | FlowCam | YOLOv3模型 | 有害藻种 | [ | ||||
| 芬兰Utö岛自动观测站,对图像分类并提取像素体积换算生物量 | IFCB | 随机森林 | 蓝藻 | [ | ||||
| 欧盟沿岸贝类养殖区例行监测,快速、低成本地自动判别有害藻华物种 | 光学显微镜+电视摄像机 | 特征提取+2种人工神经网络 | 23种有害甲藻 | [ | ||||
| 北美五大湖3座饮用水厂取水口监测,为饮用水厂提供毒素产藻与堵塞藻的即时报警 | 流动成像显微镜(ARTiMiS) | CNN(5层CONV- MP-DO+2 Dense) | 12类常见淡水藻 | [ | ||||
| 西班牙多尼奥斯湖监测,高召回精准剔除非藻,为毒性藻监测提供单标本图像 | 普通光学 显微镜 | 自适应阈值分割+Delaulay融合+RDF、SVM分类 | 51种淡水浮游植物及其干扰物 | [ | ||||
| 瑞士卢加诺湖剖面监测,捕捉蓝藻水华与扰动事件,支撑湖泊管理与预警 | Cytobuoy扫描流式细胞仪 | PCA降维+K-means聚类+荧光阈值判定蓝藻 | 浮游植物个体以及蓝藻类群 | [ | ||||
| 对不同微藻种类进行快速分类与识别,为有害藻华防控提供技术支持 | 光学显微镜 | 改进的YOLOv8s模型 | 不同的微藻种类 | [ | ||||
| 香港海鱼养殖区现场监测,实现有害藻华物种自动识别,为水产养殖管理和赤潮预警提供支持 | 自动成像显微镜(AFIM) | Edge-AI-Chip分类器 | 有害藻华 相关藻类 | [ | ||||
| 水质 评价 | 土耳其河流水质生物监测,推断水体生态状态与水质等级,替代人工镜检 | 光学显微镜+相机拍摄 | CNN(DiatomNet) | 68类淡水硅藻 | [ | |||
| 杜罗河流域水质生物监测,快速评估水体生态状态与水质等级 | 光学显微镜+相机拍摄 | Bagging决策树 | 80种淡水硅藻 | [ | ||||
| 黄河流域(山东段)及其支流,识别硅藻种类,评估水质与生态系统健康状况 | 场发射扫描电子显微镜 | 自研KEGC网络架构 | 底栖硅藻 | [ | ||||
| 河流污染监测,捕捉工业废水排放后种群数量,评价水质 | 自制微流控+高速相机 | YOLOv5s6+DA检测 | 6类活体 浮游生物 | [ | ||||
| 实验室自动识别硅藻,将硅藻分类到属级,用于水质评估与生态监测 | 2种Nikon 显微镜 | SCIRD-TS滤波+嵌套CNN | 365张硅藻图像 | [ | ||||
| 现场水质生物监测,实时检测生物并分类计数,提高监测效率 | 光学显微镜+相机拍摄 | YOLOv4 | 8类淡水原生 动物 | [ | ||||
| 实验室环境监测模拟,为水质自动监测与公共供水安全提供了可直接部署的解决方案 | 显微镜+Basler彩色CCD | 特征提取+SOM训练 | 23个藻类代表株 | [ | ||||
| 利用水蚤运动行为视频分析评估水质污染水平,为低成本水质生物监测提供参考 | 手机视频/行为记录 | 运动特征提取+MLP分类模型 | 大型溞运动行为 | [ | ||||
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