31.08.2022Abstrakt
Das Verständnis der Meeresumwelt ist für eine Vielzahl von Unterwassermissionen, wie die Rohstoffsuche und die Inspektion von Unterwasserstrukturen, von entscheidender Bedeutung. Diese Aufgaben lassen sich ohne den Einsatz autonomer Unterwasserfahrzeuge (AUVs) nicht durchführen. Der Einsatz autonomer Unterwasserfahrzeuge (AUVs) zur potenziellen Durchführung von Unterwassererkundungsmissionen ist jedoch begrenzt.
Aufgrund unzureichender Batterie- und Datenspeicherkapazität an Bord werden Unterwasser-Dockingstationen eingesetzt, um autonome Unterwasserfahrzeuge (AUVs) zu laden und Daten zu übertragen. Diese Dockingstationen sind für den Einsatz in der dynamischen Meeresumgebung konzipiert, wo Trübung und schlechte Lichtverhältnisse die größten Herausforderungen darstellen.
Erfolgreicher Andockvorgang. Bildgestützte Navigationsalgorithmen, die auf aktiven oder passiven Markern basieren, werden üblicherweise eingesetzt, um das AUV präzise zur Andockstation zu führen. In diesem Beitrag schlagen wir eine bildgestützte Navigationsmethode vor, die auf Lock-in-Detektion basiert. Diese Methode minimiert den Einfluss von Trübung und blendet gleichzeitig unerwünschte Lichtquellen oder Störleuchten aus. Die Lock-in-Detektion erfasst die Blinkfrequenz von Leuchtbaken an der Andockstation.
Das vorgeschlagene Verfahren nutzt zwei an der simulierten Dockingstation installierte Lichtbaken mit fester Frequenz und eine einzelne sCMOS-Kamera, um unerwünschtes Licht anderer Frequenzen effektiv zu unterdrücken. Experimente zum Nachweis des Konzepts belegen die Wirksamkeit des Verfahrens. Die Ergebnisse zeigen, dass es die Lichtbaken bei unterschiedlichen Trübungsgraden erkennt und unerwünschtes Licht effizient unterdrückt.
Das Verfahren nutzt Licht, ohne dass für diesen Schritt des bildbasierten Führungsalgorithmus eine separate Bildverarbeitung erforderlich ist. Die Effektivität des vorgeschlagenen Verfahrens wird durch die Berechnung der Trefferquote (True Positive Rate) der Detektionsmethode bei jedem Trübungsgrad validiert.
Abb. Prinzip der Lock-in-Erkennung.
Abb. a) Rohbild der Kamera, aufgenommen in klarem Wasser mit den aktiven, mit 63 Hz modulierten Lichtbojen, die in der Mitte der simulierten Dockingstation installiert sind, und zwei Hintergrundlichtquellen mit Frequenzen von 55 Hz und 0 Hz. b) Binärisiertes Ergebnis nach Lock-in-Detektion bei 63 Hz. c) Binärisiertes Ergebnis nach Lock-in-Detektion bei 55 Hz.
Analyse der Bildgebungstechnologie
Die Vsion-basierte Navigation wird durch optische Sensoren unterstützt, die anderen hinsichtlich hochpräziser Positionierung, geringer Anfälligkeit für externe Erkennung und Fähigkeit zur Ausführung mehrerer Aufgaben überlegen sind, jedoch unter der Dämpfung und Streuung des Lichts in einer Unterwasserumgebung leiden.
Zudem kann die Trübung, die durch den vom AUV in der Tiefsee aufgewirbelten Schlamm verursacht wird, die Anwendbarkeit bildbasierter Verfahren noch weiter erschweren.Dhyana 400BSIDie Kamera bietet die für Experimente erforderliche Flexibilität, mit hoher Geschwindigkeit und hohem Signal-Rausch-Verhältnis, ist in der Lage, schwache Signale im Rauschen zu extrahieren und arbeitet mit der Software zusammen, um eine Lock-in-Zeiterkennung auf Bildzeitreihen zu erreichen.
Referenzquelle
Amjad RT, Mane M, Amjad AA, et al. Verfolgung von Lichtbojen in stark trübem Wasser und Anwendung beim Unterwasser-Docking[C]//Ocean Sensing and Monitoring XIV. SPIE, 2022, 12118: 90-97.
