Nowa podwodna kamera wykorzystuje rewolucyjną technologię 3D
Cząstki zawieszone w wodzie mogą powodować mętnienie; są też nieprzezroczyste, co pogarsza widoczność. Przykładem tego zjawiska jest mgła składająca się z drobnych kropelek wody w powietrzu, co ogranicza widoczność ludziom, a także utrudnia rejestrowanie obrazu. Podczas jazdy we mgle włączone przednie reflektory będą oślepiać kierowcę. Dzieje się tak, ponieważ mgła odbija światło reflektorów – jest to zjawisko zwane rozpraszaniem wstecznym. Naukowcy pracujący nad projektem UTOFIA (Underwater Time Of Flight Image Acquisition system) rozwiązali ten problem za pomocą nowatorskiego rozwiązania: zamiast emitować ciągły strumień światła (jak w przykładzie z samochodem), postanowili emitować bardzo krótkie impulsy, zsynchronizowane z migawką kamery. W ramach projektu UTOFIA powstał prototyp komercyjnego systemu monitoringu podwodnego, wykorzystującego technologię 3D Time of Flight (pomiaru czasu przemieszczania światła). Taki system może być bardzo przydatny w badaniach mórz i oceanów, monitoringu środowiska w sektorze publicznym, ocenie zasobów w rybołówstwie komercyjnym i akwakulturze oraz w technologiach podwodnych (np. mapowaniu dna morskiego). W perspektywie długoterminowej mógłby też być zastosowany w autonomicznych pojazdach głębinowych. Ciągłe ulepszenia Wyjaśniając zasady działania technologii opracowanej w ramach projektu UTOFIA, koordynator projektu Jens Thielemann mówi: „Światło porusza się zawsze z tą samą prędkością, więc światło, które odbije się od cząstek w mętnej wodzie, wróci do obiektywu szybciej niż światło, które odbije się od obserwowanych obiektów. Zamknięcie migawki zanim światło wróci z mroku i otwarcie jej w momencie, gdy w stronę obiektywu kieruje się światło odbite od obiektu, eliminuje lub ogranicza zjawisko rozpraszania wstecznego”. Kierując się tą zasadą, zespół naukowców z całej Europy trzy razy przeprojektował nowy system, za każdym razem bazując na nowych informacjach o fizycznych właściwościach jego elementów. Dzięki temu zespołowi udało się udoskonalić technologię Time of Flight i poszerzyć swoją wiedzę na temat technologii półprzewodnikowych i ich działania w przypadku nanosekundowych zdarzeń. W wyniku tych prac udało się sześciokrotnie zmniejszyć wielkość systemu. Oprócz tego badacze mogli czterokrotnie zwiększyć moc lasera i aż dziesięciokrotnie poprawić precyzję renderowania 3D w porównaniu do pierwszej wersji prototypu. Ponieważ istnieje szereg potencjalnych zastosowań technologii, naukowcy przetestowali ją pod kątem wielu scenariuszy. Na przykład w Hiszpanii badacze użyli kamery do oszacowania wielkości biomasy w akwakulturze. Zespół był zadowolony z rezultatów: zarówno z danych 3D, jak i uzyskanych obrazów. Równie obiecujące były wstępne testy z systemami nawigacji podwodnej krótkiego zasięgu dla zdalnie sterowanych i autonomicznych pojazdów podwodnych. Ten obszar niesie ze sobą bardzo duży potencjał, ponieważ wysokiej jakości obraz dna morskiego może być na przykład wykorzystywany do określania stopnia zaśmiecenia i zanieczyszczenia wód (przydatnego w procesie decyzyjnym i do egzekwowania prawa), a także do opracowywania strategii oczyszczania oceanów. Być może najbardziej obiecującą dziedziną, w jakiej można zastosować nową technologię, jest monitorowanie i badanie gatunków morskich (określanie ich liczebności, różnorodności i zachowań). Przyszłość technologii Obecnie zespół pracuje nad komercjalizacją technologii z pomocą jednego z partnerów projektu, firmy Subsea Tech. Spodziewa się również, że w tym roku dokona pierwszej sprzedaży. „Przed realizacją projektu UTOFIA nie istniała technologia 3D pełnego pola pozwalająca na pracę w czasie rzeczywistym o zasięgu do kilku metrów. Obecnie stosowane systemy albo nie pozwalają na uzyskanie pełnego obrazu (skanowana jest tylko pojedyncza linia) albo uzyskany obraz jest niepełny, z ograniczoną głębią 3D (stereo)”, mówi Thielemann. „Technologia opracowana w ramach projektu UTOFIA jest także pierwszym systemem, który pozwala na regulację zasięgu dzięki zastosowaniu matrycy CMOS, co sprawia, że jest dużo tańszy”. Naukowcy będą nadal pracować nad rozwojem technologii i tworzeniem algorytmów przetwarzania obrazu dla monitorowania akwakultury i rybołówstwa. Zespół otrzymał już dofinansowanie na realizację dwóch kolejnych projektów – SMARTFISH i BIOSYS. Są też plany zastosowania technologii w kosmosie!
Słowa kluczowe
UTOFIA, mętny, kamera, podwodny, monitoring, 3D, obraz, morski, akwakultura, autonomiczny
