An autonomous underwater vehicle (AUV) can perform flexible operations even in complex underwater environments because of its autonomy. Localization is one of the key components of this autonomous navigation. Because the inertial navigation system of an AUV suffers from drift, observing fixed objects in an inertial reference system can enhance the localization performance. In this paper, we propose a method of AUV localization using visual measurements of underwater structures. A camera measurement model that emulates the camera’s observations of underwater structures is designed in a particle filtering framework. Then, the particle weight is updated based on the extracted visual information of the underwater structures. The proposed method is validated based on the results of experiments performed in a structured basin environment.
Journal of information and communication convergence engineering
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제19권1호
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pp.61-66
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2021
An underwater remotely operated vehicle (ROV) has been implemented. It can inspect foreign substances through a CCD camera while the ROV is running in water. The maximum thrust of the ROV's running thruster is 139.3 N, allowing the ROV to move forward and backward at a running speed of 1.03 m/s underwater. The structural strength of the guard frame was analyzed when the ROV collided with a wall while traveling at a speed of 1.03 m/s underwater, and found to be safe. The maximum running speed of the ROV is 1.08 m/s and the working speed is 0.2 m/s in a 5.8-m deep-water wave pool, which satisfies the target performance. As the ROV traveled underwater at a speed of 0.2 m/s, the inspection camera was able to read characters that were 3 mm in width at a depth of 1.5 m, which meant it could sufficiently identify foreign objects in the water.
When performing remote tasks using robots in nuclear power plants, a 3D shape measurement system is advantageous in improving the efficiency of remote operations by easily identifying the current state of the target object for example, size, shape, and distance information. Nuclear power plants have high-radiation and underwater environments therefore the electronic parts that comprise 3D shape measurement systems are prone to degradation and thus cannot be used for a long period of time. Also, given the refraction caused by a medium change in the underwater environment, optical design constraints and calibration methods for them are required. The present study proposed a method for developing an underwater 3D shape measurement system with improved radiation tolerance, which is composed of commercial electric parts and a stereo camera while being capable of easily and readily correcting underwater refraction. In an effort to improve its radiation tolerance, the number of parts that are exposed to a radiation environment was minimized to include only necessary components, such as a line beam laser, a motor to rotate the line beam laser, and a stereo camera. Given that a signal processing circuit and control circuit of the camera is susceptible to radiation, an image sensor and lens of the camera were separated from its main body to improve radiation tolerance. The prototype developed in the present study was made of commercial electric parts, and thus it was possible to improve the overall radiation tolerance at a relatively low cost. Also, it was easy to manufacture because there are few constraints for optical design.
Fish resource surveys were conducted near Jeju Island in June, August and October 2021 using an underwater camera monitoring system, fish pots, and SCUBA diving methods. The efficiency of the methods used to survey fish resources was compared using the number of individuals compared to area per unit time (inds/m3/h) and the number of species compared to area per unit time (spp./m3/h). As a result of comparing the number of individuals compared to the area per unit time (inds/m3/h), the order was underwater camera 214.69, SCUBA diving 124.62, and fish pots 0.57 inds/m3/h. The number of species compared to area per unit time (spp./m3/h) is in the following order: SCUBA diving 0.85, underwater camera 0.38, and fish pots 0.01 spp./m3/h. The fish resource monitoring method using underwater cameras was found to be more efficient in individual counts, and the SCUBA diving method was found to be more efficient in species counts. When considering cost and survey efficiency, the fish resource survey method using underwater cameras was judged to be more effective. The results of this study are expected to be widely used in estimating the population density of fish, which is the core of future fisheries resource surveys.
This paper deals with an experimental study of the dynamics of an underwater bubbles and shock waves, generated by rapid underwater release of highly compressed gas. Aribag inflators, which are used for automobile's airbag system, are used to generate the extremely-rapid underwater gas release. Experimental studies of the complex underwater bubble dynamics as well as underwater shock wave were carried out in a specifically designed cylindrical water tank. The water tank is equipped with a high-speed camera and pressure sensors. The high-speed camera was used to capture the expansion and collapse of the gas bubble created by inflators, while pressure sensors was used to measure the underwater shock propagation and magnitudes. The experimental results were compared against the results of explosion of pentolite explosive. Several physical phenomena that has been observed and discussed, which are different from the explosive underwater explosion.
수중 기초사석 고르기 작업이나 수중시설물 점검 및 유지관리 등 수중 항만 공사를 위해서 수중에서의 충분한 시계확보가 필수적이다. 이는 잠수사에 의한 작업뿐만 아니라 수중 기계화 장비를 활용한 작업에서도 마찬가지다. 본 연구에서는 우리나라 동해, 남해, 서해에서 대표적인 항만이 위치하는 연근해 해역의 탁도를 측정하여 권역별 경향성을 수치적으로 확인하였다. 또한, 다양한 탁도 특성을 가지는 각 해역에서 수중 카메라나 소나 등과 같이 수중건설장비에 부착하여 효과적으로 활용 가능한 수중환경모니터링 시스템에 대해 검토하였다.
In this paper, we introduce the methodology that utilizes deep learning-based front-end to enhance underwater feature matching. Both optical camera and sonar are widely applicable sensors in underwater research, however, each sensor has its own weaknesses, such as light condition and turbidity for the optic camera, and noise for sonar. To overcome the problems, we proposed the opti-acoustic transformation method. Since feature detection in sonar image is challenging, we converted the sonar image to an optic style image. Maintaining the main contents in the sonar image, CNN-based style transfer method changed the style of the image that facilitates feature detection. Finally, we verified our result using cosine similarity comparison and feature matching against the original optic image.
A method of measuring the length of defects on the wall of the spent nuclear fuel pool using the image processing and a laser slit beam is proposed. Since the defect monitoring camera is suspended by a crane and hinged to the crane hook, the camera viewing direction can not be adjusted to the orientation that is exactly perpendicular to the wall. Thus, the image taken by the camera, which is horizontally rotated along the axis of the camera supporting beam, is distorted and thus, the precise length can not be measured. In this paper, by using the LASER slit beam generator, the horizontally rotated angle of the camera is estimated. Once the angle is obtained, the distorted image can be easily reconstructed to the image normal to the wall. The estimation algorithm adopts a 3-dimensional coordinate transformation of the image plane where both the laser slit beam and the original image of the defects exist. The estimation equation is obtained by using the information of the beam projected on the wall and the parameters of this equation are experimentally obtained. With this algorithm, the original image of the defect taken at arbitrary rotated angle can be reconstructed to an image normal to the wall. From the result of a series of experiments, the accuracy of the defect is measured within 0.6 and 1.3 % error bound of real defect size in the air and underwater, respectively under 30 degree of the inclined angle of the laser slit beam generator. Also, the error increases as the inclined angle increases upto 60 degree. Over this angle, the defect length can not be measured since the defect image disappears. The proposed algorithm enables the accurate measurement of the defect length only by using a single camera and a laser slit beam.
The Korea Research Institute of Ships and Ocean Engineering (KRISO), the ocean engineering branch of KORDI, has designed and manufactured a model of an autonomous underwater vehicle (AUV) to test underwater docking. This paper introduces the AUV model, ASUM, equipped with a visual servo control system to dock into an underwater station with a camera and motion sensors. To make a visual servoing AUV, this paper implemented the visual servo control system designed with an augmented state equation, which was composed of the optical flow model of a camera and the equation of the AUV's motion. The system design and the hardware configuration of ASUM are presented in this paper. A small long baseline acoustic positioning system was developed to monitor and record the AUV's position for the experiment in the Ocean Engineering Basin of KRISO, KORDI. ASUM recognizes the target position by processing the captured image for the lights, which are installed around the end of the cone-type entrance of the duct. Unfortunately, experiments are not yet conducted when we write this article. The authors will present the results for the docking test of the AUV in near future.
The experiment for the sympathetic detonation (Sudo et al., 1951) (Fukuyama et al., 1958) in water was conducted. Composition B (RDX: 64%, TNT: 36%, Detonation velocity: 7900m/s) was used for both donor (the thickness was 50mm, and the diameter was 31mm) and receptor charges. The distance between the donor and the receptor, and the thickness (5, 7.5, 10mm) of the receptor were varied in the experiments. In order to investigate the basic characteristics of the underwater sympathetic detonation of high explosive, the sympathetic detonation phenomena were visualized by a high-speed camera (HADLAND PHOTONICS, IMACON790) in forms of streak and framing photographs. The 200ns/mm streak velocity was 2㎲. Manganin gauges (KYOWA Electronic INSTRUMENTS CO. SKF-21725) were used for the pressure measurements. The gauges were set under the receptor. The pressures during the complete and incomplete explosions were measured.
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