Активно-импульсная система технического зрения для подводного робототехнического комплекса

Колючкин В.Я., Костылёв Н.М., Шустова А.А.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Костылёв Н.М., Колючкин В.Я., Шустова А.А. Активно-импульсная система технического зрения для подводного робототехнического комплекса // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 7. С. 26–37. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-07-26-37

Kostylev N.M., Kolyuchkin V.Ya., Shustova A.A. Range-gated active-imaging system for an underwater robotic complex [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 7. P. 26–37. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-07-26-37

Ссылка на англоязычную версию:

Nikita M. Kostylev, Vasiliy Ya. Kolyuchkin, and Anastasiya A. Shustova, "Range-gated active-imaging system for underwater robots," Journal of Optical Technology. 90(7), 369-375 (2023). https://doi.org/10.1364/JOT.90.000369

Аннотация:

Предмет исследования. Системы технического зрения для подводных робототехнических комплексов. Цель работы — разработка принципов действия и определение технических требований к составным частям системы технического зрения, предназначенной для регистрации трехмерных образов подводных объектов в широком диапазоне дальностей. Метод. Для уменьшения влияния помехи обратного рассеяния был реализован метод стробирования по дальности за счет использования импульсного лазера в канале подсветки и электронно-оптического преобразователя в приемном канале. Для регистрации трехмерных образов объектов использован триангуляционный метод со структурированной подсветкой в виде лазерных полос. Основные результаты. Разработан принцип действия активно-импульсной системы технического зрения со стробированием по дальности, предназначенной для регистрации трехмерных образов подводных объектов. Разработана методика свето-энергетического расчета подобных систем. Экспериментальные исследования, проведенные в лабораторных условиях, подтвердили работоспособность макетного образца системы технического зрения, созданного на основе предложенных принципов. Практическая значимость. Предложенные технические решения при разработке системы технического зрения позволяют увеличить дальность обнаружения объектов в подводных условиях и тем самым повысить эффективность функционирования подводных робототехнических комплексов.

Ключевые слова:

активно-импульсная система, подводная система технического зрения, стробирование по дальности, регистрация трехмерных образов, электронно-оптический преобразователь, акустооптический дефлектор

Коды OCIS: 010.4450, 010.4458, 150.0155, 150.6910

Список источников:

1. Petillot Y.R., Antonelli G., Casalino G., et al. Underwater robots: From remotely operated vehicles to intervention-autonomous underwater vehicles // IEEE Robotics & Automation Magazine. 2019. V. 26. № 2. P. 94–101. https://doi.org/10.1109/MRA.2019.2908063
2. Li Y., Zhang X., Shen Z. YOLO-submarine cable: An improved YOLO-V3 network for object detection on submarine cable images // J. Marine Sci. and Eng.
2022. V. 10. № 8. P. 19. https://doi.org/10.3390/jmse10081143
3. Zhang H., Zhang S., Wang Ya., et al. Subsea pipeline leak inspection by autonomous underwater vehicle // Appl. Ocean Res. 2021. V. 107. https://doi.org/10.1016/j.apor.2020.102321
4. Dumke I., Nornes S.M., Purser A., et al. First hyperspectral imaging survey of the deep seafloor: Highresolution mapping of manganese nodules // Remote
Sensing of Environment. 2018. V. 209. P. 19–30. https://doi.org/10.1016/j.rse.2018.02.024
5. Eldred R., Lussier J., and Pollman A. Design and testing of a spherical autonomous underwater vehicle for shipwreck interior exploration // J. Marine Sci. and Eng. 2021. V. 9. № 3. P. 27. https://doi.org/10.3390/jmse9030320
6. Бочаров Л. Необитаемые подводные аппараты: состояние и общие тенденции развития // Электроника: Наука, технология, бизнес. 2009. № 7. С. 62–69.

7. Bruno, F., Bianco G., Muzzupappa M., et al. Experimentation of structured light and stereo vision for underwater 3D reconstruction // ISPRS J. Photogrammetry and Remote Sensing. 2011. V. 66. № 4. P. 508–518. https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2011.02.009
8. Вельтищев В.В., Аладышева Е.И. Обзор и перспективы развития гибридных подводных робототехнических комплексов // Вестник УГАТУ. 2022. Т. 26. № 1. С. 4–12.
9. Левин И.М. Перспективные направления развития оптических дистанционных методов исследования океана // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2008. Т. 1. № 1. С. 14–47.
10. Zhou J., Yang T., and Zhang W. Underwater vision enhancement technologies: A comprehensive review, challenges, and recent trends // Appl. Intelligence. 2023. V. 53. № 3. P. 3594–3621. https://doi.org/10.1007/s10489-022-03767-y
11. O’Connor Sh., Mullen L.J., Cochenour B. Underwater modulated pulse laser imaging system // Opt. Eng. 2014. V. 53. № 5. P. 51403–51403. https://doi.org/10.1117/1.OE.53.5.051403
12. Бузоверя В.В., Булкин Ю.Н., Великанов С.Д. и др. Способ видения подводных объектов и устройство для его реализации // Патент РФ № 2397510. Бюл. 2010. № 23.
13. Li H., Wang X., Tingzhu Bai, et al. Speckle noise suppression of range gated underwater imaging system // in Appl. of Digital Image Proc. XXXII. 2009. V. 7443. P. 641–648. https://doi.org/10.1117/12.831994
14. Кирпиченко Ю.Р., Курячий М.И., Пустынский И.Н. Активно-импульсная телевизионная система // Патент РФ № 2406100. Бюл. 2010. № 34.
15. Костылев Н.М., Колючкин В.Я., Степанов Р.О. Математическая модель распространения лазерного излучения в морской воде // Опт. и спектр. 2019. Т. 127. № 4. С. 558–562. https://doi.org/10.1134/S0030400X1910014X

16. Lee Zh., Arnone R., Boyce D., et al. Global water clarity: Continuing a century-long monitoring // Eos. 2018. № 99. P. 11.
17. Reibel Y., Jung M., Bouhifd M., et al. CCD or CMOS camera noise characterization // The Europ. Phys. J. — Appl. Phys. 2003. V. 21. № 1. P. 75–80.
18. Ishii I., Yamamoto K., Doi K., et al. High-speed 3D image acquisition using coded structured light projection // 2007 IEEE/RSJ Internat. Conf. Intelligent Robots and Systems San Diego, CA, USA. 2007. P. 925–930. https://doi.org/10.1109/IROS.2007.4399180