Bags-of-Features for fish school cluster characterization in pelagic ecosystems: application to the discrimination of juvenile and adult anchovy (Engraulis ringens) clusters off Peru

Whereas fisheries acoustics data processing mainly focused on the detection, characterization, and recognition of individual fish schools, here we addressed the characterization and discrimination of fish school clusters. The proposed scheme relied on the application of the Bags-of-Features (BoF) approach to acoustic echograms. This approach is widely ex- ploited for pattern recognition issues and naturally applies here, considering fish schools as the relevant elementary objects. It relies on the extraction and categorization of fish schools in fisheries acoustic data. Echogram descriptors were computed per unit echogram length as the numbers of schools in different school categories. We applied this approach to the discrimi- nation of juvenile and adult anchovy (Engraulis ringens) off Peru. Whereas the discrimination of individual schools is low (below 70%), the proposed BoF scheme achieved between 89% and 92% of correct classification of juvenile and adult echo- grams for different survey data sets and significantly outperformed classical school-based echogram characteristics (about 10% of improvement of the correct classification rate). We further illustrate the potential of the proposed scheme for the es- timation of the spatial distribution of juvenile and adult anchovy populations. Resume : Alors que le traitement de donnees acoustiques sur les ressources halieutiques est principalement axe sur la detec- tion, la caracterisation et la reconnaissance de bancs individuels de poissons, nous nous penchons sur la caracterisation et la discrimination de groupes de bancs de poissons. Le schema propose repose sur l'application de l'approche des sacs de mots visuels (« Bags-of-Features » ou BoF) au traitement d'echogrammes acoustiques. Cette approche est frequemment appliquee aux problemes de reconnaissance de formes et s'applique donc tout naturellement a l'etude de bancs de poissons en tant qu'objets elementaires. Elle repose sur l'extraction et la categorisation de bancs de poissons a partir de donnees acoustiques sur les ressources halieutiques. Des descripteurs d'echogramme ont ete calcules par unite de longueur d'echogramme, cor- respondant aux nombres de bancs, dans differentes categories de bancs. Nous avons applique cette approche a la discrimina- tion d'anchois (Engraulis ringens) juveniles et adultes au large des cotes du Perou. Si la discrimination de bancs individuels est faible (inferieure a 70 %), la classification des echogrammes de juveniles et d'adultes reposant sur l'approche des BoF s'est averee exacte dans de 89 % a 92 % des cas pour differents ensembles de donnees de leves, ce qui correspond a une augmentation significative de l'exactitude par rapport aux approches classiques reposant sur les caracteristiques d'echogram- mes basees sur le banc (augmentation d'environ 10 % du taux de classification exacte). Nous poussons plus loin la demons- tration du potentiel du schema propose pour l'estimation de la distribution spatiale des populations d'anchois juveniles et adultes. (Traduit par la Redaction)