31-08-2022Abstract
Inzicht in het mariene milieu is cruciaal voor diverse onderwatermissies, zoals het opsporen van grondstoffen en het inspecteren van onderwaterstructuren. Deze taken kunnen niet worden uitgevoerd zonder de tussenkomst van autonome onderwaterrobots (AUV's). Het gebruik van autonome onderwaterrobots (AUV's) voor potentiële onderwaterverkenningsmissies is echter nog beperkt.
Dit komt door onvoldoende batterij- en dataopslagcapaciteit aan boord. Om dit probleem te verhelpen, worden onderwaterdockingstations gebruikt die het opladen en de gegevensoverdracht van AUV's onder water mogelijk maken. Deze dockingstations zijn ontworpen voor installatie in de dynamische oceaanomgeving, waar troebelheid en weinig licht belangrijke uitdagingen vormen die de werking belemmeren.
Succesvolle dokoperatie. Visuele geleidingsalgoritmen gebaseerd op actieve of passieve markers worden doorgaans gebruikt om de AUV nauwkeurig naar het dokstation te leiden. In dit artikel stellen we een op zicht gebaseerde geleidingsmethode voor, die gebruikmaakt van lock-in-detectie, om het effect van troebelheid te verminderen en tegelijkertijd ongewenste lichtbronnen of ruisende armaturen te elimineren. De lock-in-detectiemethode vergrendelt zich op de knipperfrequentie van lichtbakens die zich bij het dokstation bevinden.
station en elimineert met succes het effect van ongewenst licht op andere frequenties. De voorgestelde methode maakt gebruik van twee lichtbakens, die op een vaste frequentie uitzenden, geïnstalleerd in het gesimuleerde dockingstation, en een enkele sCMOS-camera. Experimenten ter validatie van het concept zijn uitgevoerd om de validiteit van de voorgestelde aanpak aan te tonen. De verkregen resultaten laten zien dat onze methode in staat is de lichtbakens te herkennen bij verschillende troebelheidsniveaus en dat het ongewenste licht efficiënt kan worden gefilterd.
licht zonder aparte beeldverwerking voor deze stap van het op zicht gebaseerde geleidingsalgoritme. De effectiviteit van de voorgestelde methode wordt gevalideerd door het ware-positieve percentage van de detectiemethode bij elk troebelheidsniveau te berekenen.
Afbeelding. Principe van lock-in-detectie.
Figuur a) Ruwe cameraopname gemaakt in helder water met de actieve lichtbakens, gemoduleerd op 63 Hz, geïnstalleerd op het gesimuleerde dockingstation in het midden, en twee achtergrondlichtbronnen die uitzenden op 55 Hz en 0 Hz. b) Het gebinariseerde resultaat na lock-in-detectie toegepast op 63 Hz. c) Het gebinariseerde resultaat na lock-in-detectie toegepast op 55 Hz.
Analyse van beeldvormingstechnologie
Visiegebaseerde navigatie wordt ondersteund door optische sensoren, die betere prestaties leveren dan andere systemen op het gebied van zeer nauwkeurige positionering, lage gevoeligheid voor externe detectie en de mogelijkheid om meerdere taken uit te voeren, maar die wel last hebben van lichtverzwakking en -verstrooiing in een onderwateromgeving.
Bovendien kan de troebelheid, veroorzaakt door de modder die door de AUV in de diepzee wordt opgewerveld, de toepasbaarheid van op zicht gebaseerde methoden nog lastiger maken.Dhyana 400BSIDe camera biedt de flexibiliteit die nodig is voor experimenten, met een hoge snelheid en een hoge signaal-ruisverhouding, waardoor zwakke signalen in ruis kunnen worden geëxtraheerd en de camera samenwerkt met software om lock-in-tijddetectie op beeldtijdreeksen te realiseren.
Referentiebron
Amjad RT, Mane M, Amjad AA, et al. Het volgen van lichtbakens in sterk troebel water en de toepassing ervan op onderwaterdocking[C]//Ocean Sensing and Monitoring XIV. SPIE, 2022, 12118: 90-97.
