Herstel in beeld gebracht: hoe fotogrammetrie van koraal werkt

"Tien bij vijf meter klinkt niet als veel, maar het is best een groot gebied als je heen en weer, op en neer en dan ook nog eens kruiselings zwemt", legt Kate Craggs uit. Maar waarom zwom ze in vredesnaam over een dambord? Het korte antwoord zou 'fotogrammetrie' zijn, maar als je het verhaal van onze samenwerking met Coral Spawning International en Nature Seychelles hebt gevolgd, dan weet je dat het echte antwoord veel boeiender is.

Laat je niet afschrikken door de naam, want fotogrammetrie is absoluut fascinerend en des te meer als het gaat om de koraalriffen van de Seychellen. "Het komt erop neer dat je heel veel foto’s maakt en die vervolgens met beeldbewerkingssoftware aan elkaar plakt", legt dr. Jamie Craggs uit. “De software legt je foto's over elkaar heen, zodat je al deze tweedimensionale afbeeldingen kunt combineren tot één driedimensionaal beeld."

Alleen aan deze korte uitleg kun je waarschijnlijk al zien waarom dit zo’n handig hulpmiddel is voor dr. Craggs en zijn collega-mariene wetenschappers. Hiermee kunnen ze namelijk hun werk onder water naar de oppervlakte brengen om elk aspect van de riffen die ze willen herstellen te onderzoeken, te beoordelen en, het allerbelangrijkste, te meten. Na verloop van tijd kunnen ze ook duidelijk zien welke impact hun werk heeft, nog afgezien van de schoonheid van de groeiende koralen. In de praktijk komt fotogrammetrie echter pas helemaal aan het einde van het proces aan bod en, zoals Kate al zei, kan het best lastig zijn.

“We hebben zes locaties in het Cousin Island Special Reserve geselecteerd om te onderzoeken. Bij drie daarvan hebben we een stuk zeildoek over het rif gelegd en er vervolgens nieuwe koraallarven onder gepompt om de vorming van koraal in dat gebied te stimuleren", legt dr. Craggs uit. Kate en het team van Nature Seychelles hebben vervolgens elk perceel nauwkeurig opgemeten. Daarbij gebruikten ze touw om sectielijnen aan te brengen en brachten ze schaalmarkeringen aan zodat ze referentiepunten kregen voor de metingen. "Elke markering heeft een uniek gecodeerd patroon, waardoor de fotogrammetriesoftware het 3D-model later kan herkennen en nauwkeurig op schaal kan weergeven", voegt dr. Craggs toe. Als de duiken om te meten klaar zijn, begint de fotografieduik.

Elke centimeter van het gebied moet op foto's worden vastgelegd, en dat is niet zo eenvoudig als het klinkt. "Het is een uitdaging omdat je de stroming en de golfslag niet kunt voorspellen", legt Kate uit. "Het was dus best lastig om boven het rif een constante snelheid en hoogte aan te houden. Als je koralen van verschillende hoogtes hebt, betekent dit dat je voortdurend je diepte moet corrigeren terwijl je er met de camera overheen zwemt." Nauwkeurigheid is hier belangrijk, dus beschikken over het juiste gereedschap maakt het verschil.

Ze gebruikt een groothoeklens op een Canon EOS R5 Mark II in een waterdichte behuizing en, zoals je zou verwachten, zijn de foto’s die ze maakt - één foto per seconde - scherp, kleurgetrouw en nauwkeurig. "Het levert ons uitstekende details op", voegt dr. Craggs toe. "En dit is echt spannend." Maar het gaat niet alleen om het feit dat ze mooi zijn om naar te kijken. De fijne details bieden ook onderscheidende kenmerken, waardoor de nauwkeurigheid van de reconstructie wordt verbeterd. "Het eerste wat je moet doen, is ze samenvoegen en een zogenaamde 'ruwe puntenwolk' maken", legt hij uit. Dat is een soort ruwe schets van stippen, waarbij elke stip een kenmerk van het rif voorstelt dat in meerdere overlappende beelden voorkomt, waardoor de software de basisvorm van de ruimte kan berekenen. Er zijn op dat moment nog maar weinig details bekend, vandaar de term 'ruw'.

"Vervolgens passen we wat filters toe om de 'dichte puntenwolk' te maken, waardoor er veel - vaak miljoenen - extra punten ontstaan en er veel meer informatie wordt ingevuld. "Tot slot maken we het 'raster', dat groepen punten invult en het totale 3D-model zijn oppervlaktestructuur geeft." Dit vergt behoorlijk wat rekenkracht, maar als je inzoomt, zie je het koraal in verbluffend detail. "We kunnen tot op een paar millimeter nauwkeurig werken, dus we krijgen een ongelooflijke resolutie. De kwaliteit is heel goed, de randen zijn duidelijk te zien, en dit gaat de nauwkeurigheid van onze meetmethoden verbeteren."

Als je denkt dat het meten van de koraalgroei iets is van 'ja, het is gegroeid' of 'nee, het is niet gegroeid', dan zit je er helemaal naast. Fotogrammetrie is een belangrijk hulpmiddel bij het monitoren van elk van de zes locaties. Zij helpt dr. Craggs en de mariene wetenschappers van Nature Seychelles te volgen en te begrijpen wat er gebeurt – of het koraal zich heeft gevestigd in zijn nieuwe omgeving, wat de overlevingskansen zijn en hoe de vorm, grootte en structuur van het rif zich ontwikkelen. Het wordt samen met andere metingen, zoals waterkwaliteit, temperatuur of lichtdoorlatendheid, gebruikt om een beeld te schetsen van de gezondheid van het rif in de loop van de tijd.

Fotogrammetrie biedt ook een andere belangrijke manier om vergelijkingen door de tijd heen te maken. De 3D-weergaven kunnen worden 'afgevlakt' en omgezet in een zogenaamd 'orthomozaïek'. Daarbij komen de gecodeerde schaalmarkeringen die Kate en haar collega-duikers op elk perceel hebben aangebracht goed tot hun recht. "Die zorgen ervoor dat alles goed op elkaar aansluit, zodat er uit honderden foto’s een tweedimensionaal beeld ontstaat", legt dr. Craggs uit. De gemeten percelen zijn een vast onderdeel van het rif, omdat het team hierdoor regelmatig nieuwe versies van de 'plattegrond' kan maken. "Dan kunnen we ze over elkaar leggen en direct meten hoeveel een stukje koraal is gegroeid in zes maanden, een jaar of langer."

Kate en het team van Nature Seychelles gaan dit regelmatig herhalen: ze zwemmen heen en weer, naar links en naar rechts, en fotograferen systematisch de zes koraalpercelen – waarvan de helft extra larven heeft gekregen en de andere helft niet. "Vervolgens kunnen we inzoomen om te zien waar onze babykoralen zich bevinden en kunnen we beginnen met het meten", zegt dr. Craggs. "Uiteindelijk gaat het erom de gegevens te verzamelen, ze te analyseren en onze aanpak waar nodig aan te passen. Het is proberen, testen, aanpassen, verbeteren – een voortdurend proces.

Volg de voortgang van ons werk met Nature Seychelles en Coral Spawning International hier. En lees meer over Canon fotogrammetrieoplossingen.