海星獵人
海星獵人是世界上第一個專為珊瑚礁環境設計的水下機器人系統,僅使用機器人視覺進行實時導航,完成複雜的科學任務,目的是代替潛水員來獵殺荊棘海星,避免大堡礁的珊瑚被破壞。
水下視覺引導機器人(海星獵人)很快就要在靠近大堡礁的水域部署了,它將在這片水域保護美麗的大堡礁。「海星獵人」自動機器人最初由QUT(昆士蘭科技大學)開發的,他的設計目的是來代替人工潛水員來獵殺荊棘海星,這種海星會破壞大堡礁中的珊瑚。
在過去,水肺潛水員在珊瑚礁上潛水,來摘除在珊瑚礁上吃珊瑚的荊棘海星。
這種海星是一種珊瑚礁捕食者corallivore,它通過對珊瑚蟲的胃擴張並釋放消化酶來捕食珊瑚蟲。這使珊瑚的組織液化,而海星隨後吸收這些組織,破壞美麗的珊瑚大堡礁。
海星正面
海星底部
海星細節
傳統方式
傳統的人類潛水員獵殺荊棘海星不僅成本高,而且效率低,水下作業還具有一定的危險性。
相較於傳統的人類潛水員,水下視覺引導機器人(海星獵人)不僅便宜、效率高,而且還可以隨時出動,一天滿負荷工作8小時。
機器視覺方式
「海星獵人」使用視覺系統和檢測軟體,由教授馬修.鄧巴賓和QUT(昆士蘭科技大學)的費勒斯達尤卜博士開發,軟體可以在水中識別有害的荊棘海星,並把他們捕捉。
海星獵人
該機器人具有兩個基於雙目視覺的3D攝像機,一個裝在下方,用於測距和探測海星,一個裝在前方,用於一般障礙物規避。
裝在下方的攝像機是來自FLIR的CM3-U3-13S2C-CS Chameleon 3彩色攝像機,它們是44毫米x 35毫米x 19.5毫米封閉式USB 3.0攝像機,左右兩個攝像頭均採用索尼ICX445 CCD相機。像素尺寸為3.75μm,像素尺寸大小是我們一般手機的2-3倍,可實現30 fps的幀速率。前置攝像頭是Stereolabs的Zed 3D攝像頭。Zed立體相機具有兩個1/3「背照式400萬像素圖像傳感器,像素尺寸為2μm,可以30 fps的速度捕捉高清視頻。
海星獵人的成功,使得許多從事保護大堡礁的潛水員,都能以安全的方式來完成工作。據介紹,人們掌握海星獵人的操作要領一般只需要15分鐘的時間即可。
該機器人具有兩個基於雙目視覺的3D攝像機,一個裝在下方,用於測距和探測海星,一個裝在前方,用於一般障礙物規避。
裝在下方的攝像機是來自FLIR的CM3-U3-13S2C-CS Chameleon 3彩色攝像機,它們是44毫米x 35毫米x 19.5毫米封閉式USB 3.0攝像機,左右兩個攝像頭均採用索尼ICX445 CCD相機。像素尺寸為3.75μm,像素尺寸大小是我們一般手機的2-3倍,可實現30 fps的幀速率。前置攝像頭是Stereolabs的Zed 3D攝像頭。Zed立體相機具有兩個1/3「背照式400萬像素圖像傳感器,像素尺寸為2μm,可以30 fps的速度捕捉高清視頻。
海星獵人的成功,使得許多從事保護大堡礁的潛水員,都能以安全的方式來完成工作。據介紹,人們掌握海星獵人的操作要領一般只需要15分鐘的時間即可。
鄧巴賓教授將視覺引導機器人部署到大堡礁附近的水域
然而,水下的環境和陸地上不一樣,複雜的水流,會使水中的光線不能很好的被攝像機獲取。
鄧巴賓指出,團隊正在試驗許多不同類型的攝像機,以便於可以更好的獲取水下的情況,更多的研究重點是開發算法來處理來自這些攝像機的圖像,這樣才能使珊瑚礁環境保護工作更加的可靠。
「海星獵人是世界上第一個專為珊瑚礁環境設計的水下機器人系統,僅使用機器人視覺進行實時導航,避障和完成複雜的科學任務,」鄧巴賓說,他繼續說道,「海星獵人可以在水下呆幾乎三倍於人類潛水員的時間,收集更多數據,並在所有條件下無論是白天或夜晚的任何時間它都能工作,並且包括哪些對人類潛水員來說可能不安全的地方,它卻能到達。機器人配有計算機視覺,可以「看到」它的位置並避開障礙物,由於機器人還配有多個推進器,所以它可以向任意方向移動。「
所有圖像處理都在機器人上完成,這是在低功耗(低於20W)GPU上執行的。根據鄧巴賓的說法,該軟體是圍繞機器人作業系統(ROS)構建的,並且經過優化可以利用GPU計算圖像。
「我們訓練海星獵人去區分荊棘海星和其他海星 ,因為只有荊棘海星才會損傷珊瑚礁, 機器區分與人們學會區分不同形式的海洋生物的方式大致相同。使用機器人上的實時捕獲的圖像,加上深度學習的算法,海星獵人可以以99.4%的準確度識別這些致命的海星。一旦鑑定得到確認,海星獵人就會對荊棘海星發起進攻,噴射化學藥物,這對於刺荊棘海星來說是致命的,但不會影響珊瑚礁「 ,他說:「這是一項令人印象深刻的技術,但海星獵人的成本並不高,低成本便於測試完成後,可以大批量使用該項產品。」
根據昆士蘭科技大學所說的內容,海星獵人的功能已經在實驗室和實地進行了廣泛的測試,海星獵人馬上就能打卡上班了。
由此項技術我們可以期待機器視覺技術將在廣袤的海底世界,幫助人類發揮更大的作用。
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