22.08.31Abstrakt
Das Verständnis der Meeresumwelt ist für eine Vielzahl von Unterwassermissionen, wie z. B. die Ressourcenerkennung und die Inspektion von Unterwasserstrukturen, von entscheidender Bedeutung. Diese Aufgaben sind ohne den Einsatz autonomer Unterwasserfahrzeuge (AUVs) nicht möglich. Der Einsatz autonomer Unterwasserfahrzeuge (AUVs) für potenzielle Unterwassererkundungsmissionen ist begrenzt
aufgrund unzureichender Batterie- und Datenspeicherkapazität an Bord. Um dieses Problem zu lösen, werden Unterwasser-Dockingstationen eingesetzt, die das Laden und die Datenübertragung von AUVs unter Wasser ermöglichen. Diese Dockingstationen sind für den Einsatz in der dynamischen Meeresumgebung konzipiert, wo Trübung und schlechte Lichtverhältnisse die Hauptherausforderungen darstellen und die
Erfolgreicher Andockvorgang. Sichtführungsalgorithmen, die auf aktiven oder passiven Markern basieren, werden typischerweise verwendet, um das AUV präzise zur Andockstation zu führen. In diesem Artikel schlagen wir eine visuelle Führungsmethode mit Lock-in-Erkennung vor, um den Einfluss von Trübung zu mildern und gleichzeitig unerwünschte Lichtquellen oder störende Leuchten zu unterdrücken. Die Lock-in-Erkennung orientiert sich an der Blinkfrequenz von Leuchtfeuern an der Andockstation.
Station und beseitigt erfolgreich den Effekt von unerwünschtem Licht bei anderen Frequenzen. Die vorgeschlagene Methode verwendet zwei Lichtbaken mit einer festen Frequenz, die an der simulierten Dockingstation installiert sind, und eine einzelne sCMOS-Kamera. Proof-of-the-Concept-Experimente werden durchgeführt, um die Gültigkeit des vorgeschlagenen Ansatzes zu belegen. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass unsere Methode in der Lage ist, Lichtbaken bei unterschiedlichen Trübungsgraden zu erkennen und die unerwünschten
Licht, ohne für diesen Schritt des visuellen Leitalgorithmus eine separate Bildverarbeitung zu verwenden. Die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Methode wird durch Berechnung der True-Positive-Rate der Erkennungsmethode bei jedem Trübungsgrad validiert.
Abb. Prinzip der Lock-In-Erkennung.
Abb. a) Rohes Kamerabild, aufgenommen in klarem Wasser mit den aktiven, mit 63 Hz modulierten Lichtbaken, die auf der simulierten Dockingstation in der Mitte installiert sind, und zwei Hintergrundlichtquellen, die mit 55 Hz und 0 Hz emittieren. b) Das binärisierte Ergebnis nach der Lock-in-Erkennung wird bei 63 Hz angewendet. c) Das binärisierte Ergebnis nach der Lock-in-Erkennung wird bei 55 Hz angewendet.
Analyse der Bildgebungstechnologie
Die visuelle Navigation wird durch optische Sensoren unterstützt, die anderen hinsichtlich der hochpräzisen Positionierung, der geringen Anfälligkeit für externe Erkennung und der Fähigkeit zur Ausführung mehrerer Aufgaben überlegen sind, in einer Unterwasserumgebung jedoch unter der Dämpfung und Streuung des Lichts leiden.
Darüber hinaus kann die Trübung, die durch den Schlamm entsteht, der vom AUV in der Tiefsee aufgewirbelt wird, die Anwendbarkeit von auf Sicht basierenden Methoden noch schwieriger machen. DieDhyana 400BSIDie Kamera bietet die für Experimente erforderliche Flexibilität mit hoher Geschwindigkeit und hohem Signal-Rausch-Verhältnis, ist in der Lage, schwache Signale aus Rauschen zu extrahieren und in Zusammenarbeit mit Software eine Lock-in-Zeiterkennung für Bildzeitreihen zu erreichen.
Referenzquelle
Amjad RT, Mane M, Amjad AA, et al. Verfolgung von Lichtbaken in stark trübem Wasser und Anwendung beim Andocken unter Wasser[C]//Ocean Sensing and Monitoring XIV. SPIE, 2022, 12118: 90-97.
