Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Analiza doboru parametrów rejestracji obrazów sonarów MS1000 na potrzeby automatycznej detekcji obiektu ruchomego

Wawrzyniak N., Zaniewicz G.

Roczniki Geomatyki

|

2013

|

T. 11, z. 1(58)

105--112

PL

Stacjonarne wysokoczęstotliwościowe sonary skanujące (ang. MSIS) wykorzystywane są głównie do obrazowania znanych struktur podwodnych oraz wspomagania nawigacji pojazdów bądź nurków w trakcie inspekcji lub poszukiwań. Ich wysoka częstotliwość oraz możliwość wizualizacji wiązek podczas rejestracji w trybie bliskim rzeczywistemu pozwala na śledzenie ruchu obiektów znajdujących się w zakresie skanowania sonaru. Oprogramowanie producenta pozwala na manualne wskazywanie celów do śledzenia przez operatora sonaru. Zdalnie sterowany pojazd podwodny (ang. ROV) służy głównie do wizualnej inspekcji budowli hydrotechnicznych lub szukanych obiektów. Wyposażony w kilka pędników ROV, jest w stanie poruszać się w zadanym przez operatora kierunku. Sterowanie wspomagają również, proste sensory nawigacji podwodnej: kompas oraz czujnik głębokości. Dodatkowo, dzięki zamontowanej kamerze i oświetleniu, aktualny obraz przesyłany jest do konsoli sterowania ustawionej na powierzchni. Proponowane podejście pozwoli na automatyzację procesu odnajdowania pojazdu pod warunkiem odpowiedniego doboru parametrów rejestracji obrazów MSIS. W badaniach przetestowano w warunkach rzeczywistych wpływ współczynnika wzmocnienia, korekcji zasięgowej oraz szybkości skanowania na wykrywanie obiektu. Dla wybranych ustawień przeprowadzono różne scenariusze przebiegu śledzenia. Algorytm testów lokalizacji obiektu zaimplementowano w środowisku Matlab. Odpowiedni dobór parametrów rejestracji pozwoli na ułatwienie wyodrębnienia obiektu ruchomego na obrazie sonarowym. Pozwoli to na usprawnienie procesu jego lokalizacji i śledzenia. Do badań wykorzystano sonar skanujący MS1000 oraz robota podwodnego VideoRay Explorer.

EN

Stationary high-frequency scanning MSISs (Mechanically Scanned Imaging Sonar) are mainly used to visualize previously known underwater structures and to aid ROVs (Remotely Operated Vehicles) and divers to navigate during underwater inspections and surveys. Their high frequency and ability to draw sonar beam in close to real-time mode allows to track objects situated in their scanning range. ROVs usually play an additional role in visual inspections of underwater structures and sought objects. Equipped with several propellers, ROVs are able to move in any direction specified by its operator. Steering is also supported by basic navigational sensors as compass and depth sensors. Additionally, thanks to an embedded video camera with LED lightning, real-time image can be instantly sent to controller’s console on the shore. The proposed approach allows automation of the process of first localization of the moving object (ROV) in the sonar image, provided that a proper selection of parameters for recording MSIS images is made. In the studies, several tests were conducted of the actual influence under real conditions of sonar signal gain factor, TVG correction and scan speed on the detection process. Different tracking scenarios were run for selected settings. Testing algorithm for object localization was implemented in Matlab environment. Proper selection of recording parameters facilitates separation of the moving object on sonar image. This improves the process of tracking and tracing the moving objects. The study used MS1000 scanning sonar and VideoRay underwater robot explorer to conduct all tests.

2

Wizualizacja ścian nabrzeży za pomocą obrazów sonaru skanującego na potrzeby geoinformacyjnego systemu ochrony portu

Wawrzyniak N., Zaniewicz G.

Roczniki Geomatyki

|

2011

|

T. 9, z. 2

133-137

PL

Sonar skanujący w sposób łatwy i precyzyjny wizualizuje ściany nabrzeży, przed i w czasie wykonywania operacji nurkowych, dla prowadzenia inspekcji budowli hydrotechnicznych. Użycie tej technologii pozwala także na zabezpieczenia przed zagrożeniami wpływającymi na pracę osoby znajdującej się pod wodą w trakcie kontroli lub naprawy konstrukcji. Ze względu na ściśle określoną celowość pomiaru, dużą rozdzielczość obrazu i charakter wizualizacji zbliżony do obrazowania fotograficznego - interpretacja danych sonarowych nie musi stanowić dużego wyzwania. Oznacza to duże ułatwienie dla osób odpowiedzialnych za przeprowadzanie inspekcji nabrzeży. Pozyskane dane sonarowe posłużą do przygotowania tekstur do pokrycia podwodnej części trójwymiarowego modelu portu, w zakresie określonym w założeniach projektu. Ponadto zinterpretowane obrazy będą podstawą do zaplanowania remontów poszczególnych nabrzeży lub tymczasowego wyłączenia z eksploatacji ich fragmentów. Prezentowane w artykule badania stanowią wstęp do opracowania metody automatycznego mozaikowania obrazów sonarowych z wykorzystaniem tradycyjnych algorytmów przetwarzania obrazów. Pozwoliłoby to na znaczne skrócenie procesu generowania tekstur.

EN

Underwater visualization of hydro-technical constructions is conducted by means of imaging technology appropriate for the character of water environment, in which the objects are situated. Port areas are characterized by high water pollution. With low limpidity acoustic methods of visualization are giving significantly better results because of better sound waves propagation in aquatic environment. Inspection of underwater parts of the wharf is an essential procedure for operational quays. Their regular performance guarantees safety of moored vessels and port operating crews. Nowadays, inspections are carried out by specialized divers, but due to poor visibility they are able neither to precisely evaluate the size of damages nor to determine the repairs needed. Stand-alone rotary sonar working in a horizontal mode for scanning side walls allows to register high resolution images of the condition of piers, wharfs, dams, weirs and pillars. The measurement technique is based mainly on even distribution of sonar scans along the scanned wall without any changes in sonar beam range. Setting the gaps between each image registration, blind sectors need to be taken into account, which should be eliminated by applying appropriate coverage. High frequency of acoustic beam allows obtaining images of a few centimeter spatial resolution depending on the sonar beam range. An R&D project" GIS solution for operational actions related to marine port security" realized by a research team of the Maritime University of Szczecin intends to establish a system based on precise land and underwater geospatial data in the designated port area. In order to regularly obtain data to the 2 and 3D system map modules acquisition, processing and mosaicking of sonar data technologies were developed to allow the visualization of quays. Using high-frequency scanning sonar MS1000 three registration series were performed along the quays of Port Szczecin-Swinoujście. The sonar was moved along the shoreline every 10 meters using a beam scanning range of 15 meters which ensured full coverage of the surface of the wharf walls. The positions of images were determined by measuring the GPS-RTK corrections using ASG-EUPOS. The images were processed into a mosaic on standard publishing software. The acquired data will be used to prepare the textures to cover a three-dimensional model of the underwater part of the port within the area specified by the objectives of the project. In addition, the images will become a base for scheduling repairs of particular piers or temporal withdrawal of their fragments from operation. The process of manual mosaicking sonar images could be automated in the future, for example, based on the method of matching markers. This would significantly shorten the process of generating textures.

3

Zastosowanie techniki HDR do obrazów pozyskiwanych z sektorowego sonaru skanującego

Duda J.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2011

|

Vol. 60, nr 3

291-306

PL

Obrazy pozyskiwane za pomocą sonarów sektorowych mają często ograniczoną głębokość bitową do ośmiu bitów. Powoduje to szereg restrykcji związanych z percepcją obrazów sonarowych, jak również z późniejszym ich przetwarzaniem. W artykule przedstawione zostały badania związane z zastosowaniem techniki uzyskiwania obrazów o szerokim zakresie tonalnym (High Dynamic Range) do obrazów sonarowych. Zastosowanie techniki HDR pozwala na zwiększenie ilości informacji przenoszonej przez obraz sonarowy i brak konieczności wyboru między lepszą reprezentacją dna czy też obiektów się na nim znajdujących.

EN

The images obtained with sector scanning sonar have often bit depth limited to eight bits. It causes a lot of limitations related with sonar images perception and also later with their transformation. Already during sonar images registration process, the operator must decide what is more important to him. The operator must choose between good visibility of bottom or objects located on it. Such is a characteristic property of low dynamic range (LDR) images. In other words, operator has to choose between better representation of bottom or the objects, what is realized by changing the gain of the acoustic signal. Selection between better representation of the bottom or the objects is performed by increasing or reducing the strengthening of the acoustic wave generated by the sonar transducer. Increase in the strength of the acoustic wave causes additional distortion on the sonar image which can be observed particularly near the sonar transducer. These distortions are also produced by the presence of the object, growing if the object is nearby the sonar transducer. If the sonar acoustic wave is too strong, then induced distortions cause poor visibility of sonar images. Using the transformations of the low dynamic range sonar images to improve the poor visibility of particular elements often causes an additional loss of information. As a result, the image can become unreadable. Unfortunately, there is no possibility of artificial enhancement of the information contained in the image. The article presents the research related to HDR images using for the sonar images. The HDR method is used in photography to improve their perception. Using images with different value of exposition can be presented by both dark and bright elements. HDR images characterize a good object resolution. Nowadays, HDR images were used mainly in photography. In the article, the HDR method was applied for the first time to the sector scanning sonar images. In the sonar HDR images, the exposure value was replaced by the strength of the sonar acoustic signal. Using the HDR method in photography increases the aperture or decreases photo array sensitivity effect on the value of exposition. Inversely, to reduce exposure we must decrease the aperture or increase sensitivity of the matrix. For the sonar images there is only one parameter influencing the exposure value, namely the gain of the sonar acoustic signal. For the HDR sonar images, increasing exposure is equivalent to reduction of the gain acoustic signal and decreasing exposure with an enlargement of the gain acoustic signal. Using three images of different exposure during a single sonar registration, we obtain the high dynamic range sonar image. In contrary to the side scan sonar, which has to be towed several times over the same area, it allows to locate the sector scanning sonar on a tripod at the bottom. For this reason, the sector scanning sonar location does not occurr the distortion associated with the movement of the vessel and waving. Because the registered sonar images are not shifted mutually, there is not necessity to match them what simplify HDR sonar images process realization. The HDR technique can also be applied to images obtained from side-scan sonar. However, the main problem to have HDR images is obtaining images from the same place and their matching. Using the HDR method allows to enlarge the quantity of information contained in sonar image by increasing the bit width of the sonar image, namely from eight to sixteen bit. Obtaining more values and regular values distribution on the HDR sonar image histogram results in no necessity of choice between better representation of bottom or object located on the sonar image.

4

Wykorzystanie wysokorozdzielczych danych batymetrycznych w analizie obrazów sonaru skanującego

Stateczny A., Wawrzyniak N.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2011

|

Vol. 60, nr 3

307-319

PL

Stacjonarne wysokoczęstotliwościowe sonary skanujące są coraz częściej wykorzystywane do podwodnego obrazowania obszarów portowych, terenów z budowami hydrotechnicznymi czy miejsc charakterystycznych ze względów nawigacyjnych. Zazwyczaj dane sonarowe są uzupełnieniem danych batymetrycznych o informacje dotyczące charakteru dna oraz obiektów na nim występujących ze względu na swój potencjał interpretacyjny. Wysokorozdzielcze dane o głębokości pozwalają polepszyć analizę obrazu sonarowego poprzez uwzględnienie ich w procesie określania pozycji i przetwarzania obrazu.

EN

The use of rotary scanning sonar allows for more precise bottom examination than standard side scan sonar imaging. High frequency transducer, together with lack of disruption resulting from unit movement and its placement only little above the seabed, ensures very detailed representation of sea bed surface. However, the work characteristic of this device causes a number of issues not occurring in side scan and having a significant impact on the projection and further identification of underwater objects. The other typical data obtained from a surveyed area is its bathymetry. Nowadays, the information acquired by interferometric bathymetry system very precisely represents the sea floor. Usually, the sonar data is only an addition to bathymetric survey. Here, the application of the precise depth data allows to base the whole sonar image processing and to depend its analysis on this data. The basic information of the image is its location, which in this case depends directly on the position of sonar transducer during the signal registration. Due to its completely underwater stand-alone way of work, the exact position of the transducer is unknown. There is no rational possibility of receiving direct information from GPS-RTK receiver.The proposed method bases on approximate position, the bathymetric data, and synthetic sonar image simulator. Rough data of the transducers position may be obtained from the survey unit from which the scanning sonar is lowered to the bottom. On this basis and on the obtained bathymetric data, the synthetic polar sonar image is generated. By the conjunction method, as similarity function, real image is compared to synthetic one. In subsequent steps, new simulated images are generated and compared with the original ones until the best comparison is found. Knowing the seabed configuration, it is easy to tell if the objects found on the registered image lie in a local hollow area or on the hill. It has huge meaning for the way of object representation and identification, especially, when the registration process is taken 30 cm above the sea floor. The differentiation of sonar image processing, depending on a gradient map, allows for independent, local visibility improvement in objects and bottom fragments. In consequence, it allows for improvement in the image interpretational potential. High resolution, very few distortions and the possibility of taking into account additional information can contribute to automation of identification process in sonar imaging.

5

Poprawa potencjału interpretacyjnego obrazów sonaru skanującego w oparciu o dane z sondy wielowiązkowej

Stateczny A., Ratuszniak N.

Roczniki Geomatyki

|

2010

|

T. 8, z. 5

131-137

PL

Wysokoczęstotliwościowy sonar skanujący pozwala na dokładniejsze obrazowanie dna niż ma to miejsce w przypadku zastosowania sonaru bocznego. Ze względu na stacjonarny, niezaleny od jednostki pływającej tryb pracy charakteryzuje go brak zakłóceń związanych z ruchem oraz mniejsza podatność na zaburzenia przez inne urządzenia. Jednak bliskodenny charakter pracy oraz specyfika biegunowego odwzorowania ma wpływ na późniejsze określenie charakterystyki dna i identyfikację ewentualnych obiektów podwodnych. Wizualizacja sygnału echa oraz podobieństwo jej efektu do zdjęć fotograficznych pozwala na stosowanie metod interpretacyjnych zbliżonych do metod dedykowanych takim obrazowaniom. Fotointerpretacja skupia się głównie na określaniu bezpośrednich cech obrazowanego obiektu, takich jak kształt, wielkość, barwa itp. oraz cech pośrednich, jak cień i rozmieszczenie topograficzne (Cambell, 2002). Jednak potencjał interpretacyjny obrazu cyfrowego związany jest z jego rozdzielczością, głębokością bitową, rozróżnialnością obiektów (Kurczyński, 2005) oraz tzw. kontekstem, który jest zbudowany w oparciu o istniejący stan wiedzy osoby interpretującej obrazowaną rzeczywistość. Dążenie do automatyzacji procesu analizy obrazu sonarowego musi być związane z badaniem wpływu wiedzy osoby interpretującej na odbiór treści obrazowej.

EN

The use of rotary scanning sonar allows more precise bottom examination than standard side scan sonar imaging. However, operational characteristics of this device bring about a number of issues not occurring in side scan which have a significant impact on the image and further identification of underwater objects. The interpretative potential of an image is based on its resolution, bit depth, objects discrimination and the context built on the knowledge of the person, who analyses the mapped reality. As the first three factors are independent of the interpreter, the image context is closely related to his knowledge about scanned region and possible objects on the see bottom. Therefore, to improve the interpretative potential of the sonar image more information about the represented area should be added. The basic information about the image is its location, which in this case depends directly on the position of sonar transducer during the signal recording. Due to its entirely underwater stand-alone work, the exact position of the transducer is unknown. There is no rational possibility to obtain direct information from GPS-RTK receiver. The proposed method uses approximate position, bathymetric data and a synthetic sonar image simulator. Rough data about the transducers position may be obtained from the survey unit from which the scanning sonar is lowered to the bottom. On this basis of the obtained bathymetric data the synthetic polar sonar image is generated. The real image is compared to the synthetic one by means of the conjunction method as similarity function. In subsequent steps, new simulated images are generated and compared with the original until precise location of the transducer is found. The differentiation of sonar image processing depending on the gradient map makes it possible to improve independent, local visibility of objects and bottom fragments. In consequence, it allows to improve image interpretational potential. High resolution, little distortions and the possibility to take into account additional information may contribute to automation of the identification process in sonar imaging. Often the merit sense of the image is more important than singular objects recognition. Sonar image understanding and its automation would contribute to propagation of sonar underwater imaging and thus to the improvement of navigation safety and conducting hydrotechnical works in ports and other water basins.

6

Visualization method for scanning sonar images

Ratuszniak P., Pałczyński M.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2010

|

R. 56, nr 12

1467-1469

EN

The acoustic methods for underwater penetration are developing due to a constant need for more detailed sea floor imaging for hydrotechnics, navigation and geology. High frequency scanning sonar allows registering the reflected echo as traditional line images. Despite the high resolution, the lines display causes issues related to their polar arrangement and the raster nature of digital imaging. The proposed method shows different, nonlinear approach to sonar beam representation. The chosen solution improves overall readability of the image, its objects discrimination and, consequently, an interpretational gain.

PL

Akustyczne metody badań podwodnych rozwijają się ze względu na ciągłą potrzebę bardziej szczegółowego obrazowania dna dla zastosowań w hydrotechnice, nawigacji czy geologii. Wysokoczęstotliwościowy sonar skanujący pracujący jako samodzielne, stacjonarne, obrotowe urządzenie pozwala na rejestrację odbitego echa jako tradycyjnych linii sonarowych. Pomimo wysokiej rozdzielczości, wyświetlanie linii powoduje problemy związane z ich biegunowym rozkładem oraz rastrowym charakterem obrazów cyfrowych. Proponowana metoda prezentuje inne, nieliniowe podejście do reprezentacji odbitej wiązki sonarowej biorąc pod uwagę sposób rozchodzenia się fali dźwiękowej w środowisku wodnym. Metoda wizualizacji podejmuje problem pustych przestrzeni na brzegach obrazów oraz nadmiarowości informacji w ich centrum. Wybrane rozwiązanie poprawia ogólną czytelność obrazu, rozróżnialność obiektów i w efekcie zwiększa jego potencjał interpretacyjny, konieczny do prawidłowej analizy zobrazowanej sonarowo rzeczywistego charakteru dna.

7

Wykorzystanie sonaru skanującego wysokiej częstotliwości w pozyskiwaniu danych obrazowych

Stateczny A.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2010

|

Vol. 59, nr 2

339-347

PL

Głównym elementem systemu obrazowania podwodnego jest sonar nawigacyjny. W artykule przedstawiono unikalne w skali kraju rozwiązanie wdrożenia systemu sonarowego wysokiej częstotliwości pracującego w dwóch wariantach statycznych i w wariancie dynamicznym. Przedstawiono przykłady pozyskanych obrazów sonarowych wysokiej rozdzielczości.

EN

Navigational sonar is the main element of an underwater imaging system. In the article there has been presented a solution, unique on the national scale, of implementing a high-frequency sonar system working in two variants, a static and a dynamic one. There have been presented examples of obtained high-resolution sonar images.