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鑫圖sCMOS相機丨高混濁水中光信標跟蹤及其在水下船塢中的應用

2024-02-28 09:36:27

了解海洋環境對各種水下任務至關重要,如資源的探測和水下結構的檢查,沒有自主水下航行器(AUVs)的介入,這些任務就無法進行。由于機載電池和數據存儲容量不足, AUVs在執行水下探索任務也會受到限制。水下對接站的出現能夠很好的解決這***問題,它能夠為水下機器人提供水下充電和數據傳輸。然而在動態海洋環境中,渾濁和低光條件是阻礙成功對接的關鍵挑戰。


在本文中,研究人員提出了***種基于視覺的引導方法,使用鎖定檢測以減輕濁度的影響,同時屏蔽雜光和噪聲。鎖定檢測方法鎖定位于對接站燈標的閃爍頻率,并消除其他頻率無用光的影響。該方法使用兩個固定頻率發光的信標,安裝在模擬對接站和***個sCMOS相機(鑫圖Dhyana 400BSI)上。概念驗證實驗結果表明,該方法能夠識別不同濁度下的信標,并能有效地剔除不需要的雜散光,而且不需要對基于視覺的引導算法做單獨的圖像處理。


圖1 鎖定檢測原理

圖 (a) 在清澈的水中拍攝的帶有有源光信標的原始圖像,調制頻率為63 Hz,安裝在中間的模擬停靠站上,兩個背景光源發射頻率為55 Hz和0 Hz。

圖 (b) 將鎖相檢測后的二值化結果應用于63hz。

圖 (c) 將鎖定檢測后的二值化結果應用于55hz。


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視覺導航技術配合計算機視覺算法能夠在定位精度高、不易被外部探測、可執行多任務等方面優于其他導航技術,但在水下環境中會受到光線的衰減和散射。此外,水下機器人在深海中吹起的泥漿會造成渾濁,這使得基于視覺方法的適用性更具挑戰性。Dhyana 400BSI相機供了實驗所需的靈活性,具有高速和高信噪比,能夠在噪聲中提取微弱的信號,配合軟件獲取圖像的拍攝時間序列以實現lock-in time檢測。

(文章來源于儀器網)

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