Evaluation of an Efficient Approach for Target Tracking from Acoustic Imagery for the Perception System of an Autonomous Underwater Vehicle
- 1. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires
- 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 3. Universitat de les Illes Balears
- 4. Universidade Federal da Bahia
Description
This article describes the core algorithms of the perception system to be included within an autonomous underwater vehicle (AUV). This perception system is based on the acoustic data acquired from side scan sonar (SSS). These data should be processed in an efficient time, so that the perception system is able to detect and recognize a predefined target. This detection and recognition outcome is therefore an important piece of knowledge for the AUVs dynamic mission planner (DMP). Effectively, the DMP should propose different trajectories, navigation depths and other parameters that will change the robot's behaviour according to the perception system output. Hence, the time in which to make a decision is critical in order to assure safe robot operation and to acquire good quality data; consequently, the efficiency of the on-line image processing from acoustic data is a key issue. Current techniques for acoustic data processing are time and computationally intensive. Hence, it was decided to process data coming from a SSS using a technique that is used for radars, due to its efficiency and its amenability to on-line processing. The engineering problem to solve in this case was underwater pipeline tracking for routine inspections in the off-shore industry. Then, an automatic oil pipeline detection system was developed borrowing techniques from the processing of radar measurements. The radar technique is known as Cell Average – Constant False Alarm Rate (CA – CFAR). With a slight variation of the algorithms underlying this radar technique, which consisted of the previous accumulation of partial sums, a great improvement in computing time and effort was achieved. Finally, a comparison with previous approaches over images acquired with a SSS from a vessel in the Salvador de Bahia bay in Brazil showed the feasibility of using this on-board technique for AUV perception.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تصف هذه المقالة الخوارزميات الأساسية لنظام الإدراك الذي سيتم تضمينه في مركبة مستقلة تحت الماء (AUV). يعتمد نظام الإدراك هذا على البيانات الصوتية التي تم الحصول عليها من سونار المسح الجانبي (SSS). يجب معالجة هذه البيانات في وقت فعال، بحيث يكون نظام الإدراك قادرًا على اكتشاف هدف محدد مسبقًا والتعرف عليه. وبالتالي فإن نتيجة الكشف والتعرف هذه هي جزء مهم من المعرفة لمخطط المهمة الديناميكية AUVs (DMP). بشكل فعال، يجب أن يقترح DMP مسارات مختلفة وأعماق التنقل وغيرها من المعلمات التي ستغير سلوك الروبوت وفقًا لمخرجات نظام الإدراك. وبالتالي، فإن الوقت المناسب لاتخاذ قرار أمر بالغ الأهمية من أجل ضمان التشغيل الآمن للروبوت والحصول على بيانات عالية الجودة ؛ وبالتالي، فإن كفاءة معالجة الصور عبر الإنترنت من البيانات الصوتية هي قضية رئيسية. التقنيات الحالية لمعالجة البيانات الصوتية مكثفة من حيث الوقت والحساب. ومن ثم، تقرر معالجة البيانات القادمة من SSS باستخدام تقنية تستخدم للرادارات، نظرًا لكفاءتها وقابليتها للمعالجة عبر الإنترنت. كانت المشكلة الهندسية التي يجب حلها في هذه الحالة هي تتبع خطوط الأنابيب تحت الماء لعمليات التفتيش الروتينية في الصناعة البحرية. بعد ذلك، تم تطوير نظام الكشف التلقائي عن خط أنابيب النفط تقنيات الاقتراض من معالجة قياسات الرادار. تُعرف تقنية الرادار بمتوسط الخلية – معدل الإنذار الكاذب الثابت (CA – CFAR). مع اختلاف طفيف في الخوارزميات الكامنة وراء تقنية الرادار هذه، والتي تتألف من التراكم السابق للمبالغ الجزئية، تم تحقيق تحسن كبير في وقت الحوسبة والجهد. وأخيرا، أظهرت مقارنة مع النهج السابقة على الصور التي تم الحصول عليها مع SSS من سفينة في خليج سلفادور دي باهيا في البرازيل جدوى استخدام هذه التقنية على متن الطائرة لتصور AUV.Translated Description (French)
Cet article décrit les algorithmes de base du système de perception à inclure dans un véhicule sous-marin autonome (AUV). Ce système de perception est basé sur les données acoustiques acquises à partir du sonar à balayage latéral (SSS). Ces données doivent être traitées dans un temps efficace, afin que le système de perception soit capable de détecter et de reconnaître une cible prédéfinie. Ce résultat de détection et de reconnaissance est donc un élément de connaissance important pour le planificateur de mission dynamique (DMP) de l'AUVS. En effet, le DMP doit proposer différentes trajectoires, profondeurs de navigation et autres paramètres qui modifieront le comportement du robot en fonction de la sortie du système de perception. Par conséquent, le temps nécessaire pour prendre une décision est critique afin d'assurer un fonctionnement sûr du robot et d'acquérir des données de bonne qualité ; par conséquent, l'efficacité du traitement d'image en ligne à partir de données acoustiques est un problème clé. Les techniques actuelles de traitement des données acoustiques nécessitent beaucoup de temps et de calcul. Par conséquent, il a été décidé de traiter les données provenant d'un SSS en utilisant une technique utilisée pour les radars, en raison de son efficacité et de son aptitude au traitement en ligne. Le problème d'ingénierie à résoudre dans ce cas était le suivi des pipelines sous-marins pour les inspections de routine dans l'industrie offshore. Ensuite, un système de détection automatique des oléoducs a été développé en empruntant des techniques au traitement des mesures radar. La technique radar est connue sous le nom de Cell Average – Constant False Alarm Rate (CA – CFAR). Avec une légère variation des algorithmes sous-jacents à cette technique radar, qui consistait en l'accumulation précédente de sommes partielles, une grande amélioration du temps et des efforts de calcul a été réalisée. Enfin, une comparaison avec des approches précédentes sur des images acquises avec un SSS à partir d'un navire dans la baie de Salvador de Bahia au Brésil a montré la faisabilité de l'utilisation de cette technique embarquée pour la perception des AUV.Translated Description (Spanish)
Este artículo describe los algoritmos centrales del sistema de percepción que se incluirán dentro de un vehículo submarino autónomo (AUV). Este sistema de percepción se basa en los datos acústicos adquiridos del sonar de barrido lateral (SSS). Estos datos deben procesarse en un tiempo eficiente, de modo que el sistema de percepción sea capaz de detectar y reconocer un objetivo predefinido. Este resultado de detección y reconocimiento es, por lo tanto, un conocimiento importante para el planificador dinámico de misiones (DMP) de AUV. Efectivamente, el DMP debe proponer diferentes trayectorias, profundidades de navegación y otros parámetros que cambiarán el comportamiento del robot de acuerdo con la salida del sistema de percepción. Por lo tanto, el tiempo en el que se toma una decisión es fundamental para garantizar un funcionamiento seguro del robot y adquirir datos de buena calidad; en consecuencia, la eficiencia del procesamiento de imágenes en línea a partir de datos acústicos es un tema clave. Las técnicas actuales para el procesamiento de datos acústicos requieren mucho tiempo y son computacionalmente intensivas. Por lo tanto, se decidió procesar los datos provenientes de un SSS utilizando una técnica que se utiliza para los radares, debido a su eficiencia y su susceptibilidad al procesamiento en línea. El problema de ingeniería a resolver en este caso fue el seguimiento de tuberías submarinas para inspecciones de rutina en la industria costa afuera. Luego, se desarrolló un sistema automático de detección de oleoductos a partir del procesamiento de mediciones de radar. La técnica de radar se conoce como Cell Average – Constant False Alarm Rate (CA – CFAR). Con una ligera variación de los algoritmos que subyacen a esta técnica de radar, que consistió en la acumulación previa de sumas parciales, se logró una gran mejora en el tiempo y esfuerzo de cómputo. Finalmente, una comparación con enfoques anteriores sobre imágenes adquiridas con un SSS de un buque en la bahía de Salvador de Bahía en Brasil mostró la viabilidad de utilizar esta técnica a bordo para la percepción de AUV.Files
Villar_et_al_2014.pdf.pdf
Files
(638.4 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b5f028f81dabb918dc5eeb07fb6ab7ae
|
638.4 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تقييم نهج فعال لتتبع الهدف من الصور الصوتية لنظام الإدراك لمركبة مستقلة تحت الماء
- Translated title (French)
- Évaluation d'une approche efficace pour le suivi des cibles à partir de l'imagerie acoustique pour le système de perception d'un véhicule sous-marin autonome
- Translated title (Spanish)
- Evaluación de un enfoque eficiente para el seguimiento de objetivos a partir de imágenes acústicas para el sistema de percepción de un vehículo submarino autónomo
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2142704103
- DOI
- 10.5772/56954
References
- https://openalex.org/W1590684588
- https://openalex.org/W1972623374
- https://openalex.org/W1980477664
- https://openalex.org/W1982010659
- https://openalex.org/W1985407346
- https://openalex.org/W1992919234
- https://openalex.org/W2026356722
- https://openalex.org/W2100778827
- https://openalex.org/W2101998370
- https://openalex.org/W2118652164
- https://openalex.org/W2119261592
- https://openalex.org/W2124046407
- https://openalex.org/W2124915403
- https://openalex.org/W2138765751
- https://openalex.org/W2140280408
- https://openalex.org/W2146512640
- https://openalex.org/W2164690393
- https://openalex.org/W250076511
- https://openalex.org/W4214849872
- https://openalex.org/W4231627457
- https://openalex.org/W4237039202
- https://openalex.org/W4244437621
- https://openalex.org/W4299945311