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水下机器人装上三维眼 精度可达毫米级(图)

发布时间:2020-08-03 00:30 作者:金宝搏

  水下机器人广泛应用于海洋石油、渔业 、海上救助等各个海洋领域,给水下机器人装上能高精度三维实时监测分析的“眼睛”,让水下世界三维呈现。这是海大一位42岁教授所带领团队研发出的科技项目,如何给水下机器人安上会探测的“三维眼”?技术又是怎样让水下世界高清晰三维成像的?3月17日,记者采访了这位痴迷海洋有着伟大海洋梦想的教授。为市民揭开技术的神秘面纱。

  海底世界一片漆黑,却充满未知的奇妙。丰富的海洋资源也成为了各国争先开发的焦点。不管海洋资源多么丰富,不管海底世界多么奇妙,都要有“眼睛”去探索发现它。水下机器人代替人类潜入水下,一探海底究竟。岛城的科研团队研发出的项目,可以让水下机器人变身“火眼金睛”,让水下世界三维成像,清晰度达到毫米级。

  “高精度水下三维重建是最重要的水下探测技术。”17日,中国海洋大学信息科学与工程学院计算机系主任、教授董军宇告诉记者,他所负责的科研团队研发出的“水下高精度三维实时检测分析系统”能够实现对水下世界的三维成像和分析,能广泛应用于军事、海洋工程、海水养殖等方面。

  董军宇告诉记者,他们的技术的先进性在于两个地方,一是达到毫米级的高精度,二是三维成像。“海洋石油领域上,深入海底的桩柱、管线等很容易腐蚀,用上我们的技术可以看清毫米级的裂缝。”他告诉记者,通过给水下机器人安装他们研发的系统设备,水下机器人经过一系列的操作和分析,能看清毫米级的裂缝等,对桩柱、管线等水下结构物的表面缺陷、腐蚀状况检测分析,以确保安全生产及降低成本。“军舰上有个裂缝的话是很可怕的事情,用上这个‘三维眼’,能清晰呈现出潜在危险。还可广泛用于港口码头、舰船外壳等表面的水下高精度视觉检查、以排除炸弹及其他潜在威胁,在军事及反恐领域具有重要的作用。”

  用上这个技术是怎样让海底世界呈现三维立体图像的?董军宇向记者详细解释了工作原理和流程。“我以海水养殖的项目为例,给你解释一下工作流程。”他说,通过技术探测,能够为海参、鲍鱼等高附加值海水养殖提供生存环境等详细信息。

  先为水下机器人装上董军宇团队所研发的技术设备,然后让水下机器人下水探测。先通过声呐技术远距离探测出海参等的生存环境,熟悉海底环境的大致状况。随着距离的不断靠近,在合适的距离时机器人会打开灯光,设备的摄像头会拍摄到环境的大体情况,再次形成一个状况的分析。随着再次靠近,到达一定距离后,设备的高分辨率系统会自动启动,通过检测和分析,能“看清”毫米级的海参生存环境。

  “海底表面的粗糙度情况能清晰地得知,甚至表面石头的光滑与粗糙程度也能分析出来。”董军宇说,通过分析形成的三维图像是彩色的,水上养殖人员能很轻松观测养殖环境,做出分析。“海洋生物学的研究表明,海底地表的几何及三维纹理特征与生物的栖息、生长具有直接的关系。”

  董军宇表示,拿水下三维表面缺陷检测而言,就能体现出技术应用市场的广泛性。“可用于水下工程中的桩柱表面损坏状态评估;水下金属结构物表面的腐蚀的检测、锈蚀检测、焊缝的检测;结构物表面的撞击痕迹、扭曲、弯曲、凹凸变形等检测;底栖生物养殖的海底表面粗糙度评价等。”

  “通过技术主要输出三维表面高度及彩色反照率图,检测精度达到毫米级。”董军宇解释说,从专业角度来讲,该技术研发的内容主要涉及五个方面。

  这五个方面分别是:1、基于水下结构光和光度立体学的光学成像系统及同步控制系统设计;2、高精度结构光特征点提取,以及对结构光特征点进行高精度空间几何重建;3、基于光度立体学的水下吸收、散射系数及三维物体表面梯度、反照率最优化求解;4、基于水下光度立体理论及结构光获取的表面特征点,对水下目标进行三维表面高精度高度重建;5、水下高精度三维光学虚拟展示及检测分析。

  “这一系列内容都是设备自我完成的,给设备一个特定任务,设备就会下潜到一定海底位置,进行定量分析,自动工作,建构出三维立体的图形。”董军宇说,该技术填补了高精度三维立体探测海底世界的空缺,在水下目标表面高精度三维实时检测技术及应用上达到国际领先地位。这就象征着通过该技术能把海底世界高清晰“绘制”出三维图像,了解海底的环境。

  记者了解到,该技术已经处在中试阶段,而据董军宇预测,技术的应用会带来巨大经济效益和社会效益。“预计投放初期市场,规模可达到每年150~200套,加上对外出租设备收入,产值在4500~6000万元,预计年利润可达1500~2000万。”董军宇表示,除此之外,系统的研制成功,能带动水下三维成像、水下机器人视觉等相关行业领域的发展,使我国在军事国防、科学研究、海洋经济等领域掌握技术主动权。本版文/本报记者 魏海洋 图/董军宇提供(署名除外)


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