Navegação de um veículo robótico subaquático em ambiente estruturado baseada em visão monocular

• Autor(a) principal: Fontão, Renato Afonso da Silva
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/31372
• topic: Robótica subaquática; ROV; Odometria visual; Odometria visual-inercial; Visão monocular

Durante as últimas décadas, o desenvolvimento de veículos subaquáticos não tripulados (na sigla em inglês – UUV) permitiu a execução de atividades subaquáticas onde a presença humana não era possível. Para auxiliar a operação destes veículos e dotá-los de uma maior autonomia, existe a necessidade de determinar a sua localização no espaço 3-D. Entre as diferentes técnicas existentes para a localização subaquática, as técnicas baseadas em visão computacional são bastante atrativas pois as câmaras fazem parte do equipamento padrão de um veículo robótico subaquático, permitindo obter soluções de localizações de baixo custo. Nesta dissertação, é abordado o tema da localização subaquática com recurso a uma única câmara, a odometria visual monocular, e com recurso a uma câmara auxiliada por uma Unidade de Medição Inercial (na sigla em inglês - IMU), a odometria visual-inercial monocular. A IMU é um sensor composto por um acelerómetro, um giroscópio e um magnetómetro, os quais se encontram no veículo utilizado nesta dissertação, o Pro4 ROV da VideoRay. São explorados diferentes métodos de odometria visual-inercial e odometria visual, e a sua aplicação ao meio subaquático. Devido às condições difíceis do meio, são exploradas duas formas de melhorar a visibilidade das imagens adquiridas com o objetivo de melhorar o desempenho dos algoritmos avaliados. Como a aquisição de dados no ambiente subaquático não é trivial, não existe muita informação sobre o desempenho dos métodos utilizados no meio em estudo. Deste modo, antes de os aplicar no Pro4 ROV, juntamente com as melhorias propostas, os algoritmos foram aplicados sobre um dataset subaquático público. Devido a fatores que condicionaram a utilização do Pro4 num ambiente real e a dificuldades técnicas na leitura dos dados da IMU, foram definidos um conjunto de testes em ambiente terrestre utilizando apenas os métodos de odometria visual, com os objetivos de validar o processo de calibração efetuado e demonstrar a aplicação dos algoritmos no veículo utilizado. Os resultados obtidos com o dataset demonstram que a utilização de uma câmara e de uma IMU no meio subaquático permite obter uma solução de localização de baixo custo com uma precisão submétrica. Em particular, a visibilidade da imagem revela ser um fator determinante para o aumento dessa precisão. Relativamente ao resultados obtidos com o ROV, estes destacam a importância do aproveitamento do largo campo de visão da câmara para o desempenho da odometria visual.