31/08/2022Resumo
Compreender o ambiente marinho é crucial para diversas missões subaquáticas, como a detecção de recursos e a inspeção de estruturas subaquáticas. Essas tarefas não podem ser realizadas sem a intervenção de veículos subaquáticos autônomos (AUVs). O uso de veículos subaquáticos autônomos (AUVs) para a realização de missões de exploração subaquática ainda é limitado.
Devido à capacidade insuficiente de bateria e armazenamento de dados a bordo, os AUVs (Veículos Autônomos Subaquáticos) enfrentam desafios como a sobrecarga e a transferência de dados subaquáticas. Para superar esse problema, estações de acoplamento subaquáticas são utilizadas para carregar e transferir dados em ambientes oceânicos. Essas estações são projetadas para serem instaladas no ambiente dinâmico do oceano, onde a turbidez e a baixa luminosidade representam os principais obstáculos ao funcionamento dos veículos.
Operação de acoplamento bem-sucedida. Os algoritmos de orientação visual baseados em marcadores ativos ou passivos são tipicamente usados para guiar com precisão o AUV (Veículo Autônomo Subaquático) em direção à estação de acoplamento. Neste artigo, propomos um método de orientação baseado em visão, utilizando detecção de sincronização (lock-in detection), para mitigar o efeito da turbidez e rejeitar simultaneamente fontes de luz indesejadas ou luminárias ruidosas. O método de detecção de sincronização se fixa na frequência de intermitência dos faróis luminosos localizados na estação de acoplamento.
estação e elimina com sucesso o efeito da luz indesejada em outras frequências. O método proposto utiliza dois faróis de luz, emitindo em uma frequência fixa, instalados na estação de acoplamento simulada, e uma única câmera sCMOS. Experimentos de prova de conceito foram realizados para demonstrar a validade da abordagem proposta. Os resultados obtidos mostram que nosso método é capaz de reconhecer os faróis de luz em diferentes níveis de turbidez e pode rejeitar eficientemente a luz indesejada.
A detecção de luz é realizada sem a necessidade de processamento de imagem separado para esta etapa do algoritmo de orientação baseado em visão. A eficácia do método proposto é validada pelo cálculo da taxa de verdadeiros positivos do método de detecção em cada nível de turbidez.
Figura. Princípio da detecção de bloqueio de fase.
Fig. a) Quadro bruto da câmera capturado em água limpa com os faróis de luz ativos, modulados a 63 Hz, instalados na estação de acoplamento simulada no centro, e duas fontes de luz de fundo emitindo a 55 Hz e 0 Hz. b) Resultado binarizado após a detecção de sincronização aplicada a 63 Hz. c) Resultado binarizado após a detecção de sincronização aplicada a 55 Hz.
Análise da tecnologia de imagem
A navegação baseada em visão é auxiliada por sensores ópticos, que apresentam desempenho superior a outros em termos de posicionamento de alta precisão, baixa vulnerabilidade à detecção externa e capacidade para múltiplas tarefas, mas sofrem com atenuação e dispersão da luz em um ambiente subaquático.
Além disso, a turbidez, causada pela lama levantada pelo AUV em águas profundas, pode tornar a aplicabilidade de métodos baseados em visão ainda mais desafiadora.Dhyana 400BSIA câmera oferece a flexibilidade necessária para experimentos, com alta velocidade e alta relação sinal-ruído, sendo capaz de extrair sinais fracos em meio ao ruído e de cooperar com o software para realizar a detecção de sincronização temporal em séries temporais de imagens.
Fonte de referência
Amjad RT, Mane M, Amjad AA, et al. Rastreamento de faróis de luz em águas altamente turvas e aplicação à ancoragem subaquática[C]//Ocean Sensing and Monitoring XIV. SPIE, 2022, 12118: 90-97.
