La nuova telecamera di ispezione subacquea usa la tecnologia del tempo di volo 3D
Le particelle sospese nell’acqua possono provocare l’intorbidimento degli ambienti e, poiché appaiono opache, compromettono la visibilità. La nebbia è un esempio familiare di questo fenomeno, in cui piccole goccioline d’acqua nell’aria rendono la visibilità difficoltosa sia per l’uomo che per i sistemi di immaginografia. Quando si guida nella nebbia, accendere i fari in realtà acceca i conducenti e crea un effetto «tormenta», in cui i fari vengono riflessi indietro dalla nebbia, noto come retrodiffusione. Il progetto UTOFIA (Underwater Time Of Flight Image Acquisition system), sostenuto dall’UE, ha affrontato questo problema di immaginografia emettendo impulsi di luce molto brevi, temporizzati in modo da corrispondere all’otturatore di una telecamera, anziché un flusso continuo di luce (come nel caso dell’analogia dei fari dell’auto). UTOFIA ha sviluppato prototipi per un sistema di ispezione subacquea commerciale usando la tecnologia del tempo di volo 3D, di interesse per le scienze marine, il monitoraggio ambientale del settore pubblico, la valutazione commerciale degli stock ittici e di acquacoltura e le tecnologie sottomarine, come la mappatura dei fondali marini. A lungo termine, i sistemi potrebbero contribuire al funzionamento autonomo dei veicoli sottomarini. Miglioramenti generazionali Spiegando i principi alla base della tecnologia di UTOFIA, il coordinatore del progetto Jens Thielemann afferma: «Mentre la luce viaggia a velocità costante, la luce riflessa dalle particelle torbide dell’ambiente ritorna alla telecamera prima della luce riflessa dagli oggetti sotto osservazione. Chiudere l’otturatore quando la luce arriva dall’oscurità e aprirlo all’arrivo della luce dagli oggetti rimuove o riduce la retrodiffusione nell’immagine». Sulla base di questo principio, il gruppo di ricerca paneuropeo ha costruito il proprio sistema di immaginografia tre volte. Ogni volta, basandosi su quanto appreso sulle caratteristiche fisiche dei componenti dei sistemi, il gruppo ha affinato la metodologia del tempo di volo, sviluppando una comprensione più dettagliata del funzionamento delle tecnologie a stato solido quando esposte a eventi della durata di nanosecondi. Questi sforzi hanno permesso di ridurre di sei volte le dimensioni del sistema, mentre la potenza del laser è stata quadruplicata e la precisione del rendering 3D decuplicata. Poiché esiste una serie di potenziali applicazioni, la tecnologia è stata sperimentata per scenari diversi. Ad esempio, in Spagna la telecamera è stata usata per stimare la biomassa per il settore dell’acquacoltura e i ricercatori sono rimasti soddisfatti sia dei dati 3D che delle immagini risultanti. Altrettanto promettenti sono state le prove iniziali per i sistemi di navigazione subacquea a corto raggio per veicoli subacquei autonomi e telecomandati, una strada con un grande potenziale. Le buone immagini dei fondali marini potrebbero, ad esempio, essere usate sia per la valutazione quantitativa dei rifiuti e dell’inquinamento (utile per l’elaborazione e l’applicazione delle politiche), sia come input per gli sforzi di risanamento. Forse il potenziale maggiore risiede nel monitoraggio automatico, nella valutazione quantitativa e nella caratterizzazione (dimensioni, specie e comportamento) della vita marina. Prossimi sviluppi Attualmente, il gruppo di ricerca sta lavorando alla commercializzazione della tecnologia attraverso uno dei partner di progetto, Subsea Tech, e prevede di effettuare le prime vendite quest’anno. «Prima di UTOFIA non esisteva una tecnologia 3D in tempo reale a tutto campo con una portata di diversi metri. Gli approcci esistenti non erano in grado di fornire un’immagine completa (solo una singola linea scansionata) o potevano fornire solo un’immagine incompleta con un campo di visione 3D limitato (stereo)», afferma Thielemann. «UTOFIA è anche il primo sistema a impulsi di luce attraverso un sensore CMOS array, il che lo rende molto più conveniente». Per portare la tecnologia al livello successivo, gli algoritmi di elaborazione delle immagini saranno ulteriormente sviluppati per il monitoraggio dell’acquacoltura e della pesca. A tal fine, il gruppo si è assicurato il finanziamento di due progetti di follow-up, SMARTFISH e BIOSYS. Si parla addirittura di portare la tecnologia nello spazio!
Parole chiave
UTOFIA, torbido, telecamera, subacqueo, sorveglianza, 3D, immaginografia, sottomarino, marino, acquacoltura, autonomo
