Sistema de visão e laser para percepção em ambientes subaquáticos

A exploração do meio subaquático utilizando visão computacional é ainda um processo complexo. Geralmente são utilizados sistemas de visão baseados em visão stereo, no entanto, esta abordagem apresenta limitações, é pouco precisa e é exigente em termos computacionais quando o meio de operação é o subaquático. Estas limitações surgem principalmente em dois cenários de aplicação: quando existe escassez de iluminação e em operações junto a infraestruturas subaquáticas. Consequentemente, a solução reside na utilização de fontes de informação sensorial alternativas ou complementares ao sistema de visão computacional. Neste trabalho propõe-se o desenvolvimento de um sistema de percepção subaquático que combina uma câmara e um projetor laser de um feixe em linha, onde o projetor de luz estruturada _e utilizado como fonte de informação. Em qualquer sistema de visão computacional, e ainda mais relevante em sistemas baseados em triangulação, a sua correta calibração toma um papel fulcral para a qualidade das medidas obtidas com o sistema. A calibração do sistema de visão laser foi dividida em duas etapas. A primeira etapa diz respeito à calibração da câmara, onde são definidos os parâmetros intrínsecos e os parâmetros extrínsecos relativos a este sensor. A segunda etapa define a relação entre a câmara e o laser, sendo esta etapa necessária para a obtenção de imagens tridimensionais. Assim, um dos principais desafios desta dissertação passou por resolver o problema da calibração inerente a este sistema. Desse modo, foi desenvolvida uma ferramenta que requer, pelo menos duas fotos do padrão de xadrez, com perspectivas diferentes. O método proposto foi caracterizado e validado em ambientes secos e subaquáticos. Os resultados obtidos mostram que o sistema _e preciso e os valores de profundidade obtidos apresentam um erro significativamente baixo (inferiores a 1 mm), mesmo com uma base-line (distância entre a centro óptico da câmara e o plano de incidência do laser) reduzida.

The process of exploring underwater environment using computer vision is still a complex problem. Most common, vision systems are usually based on stereo vision approaches. However, these approaches suffer from limitations that are increased in underwater operation environments, where there is poor illumination and water disturbances. Therefore, the solution lies on using alternative or complementary sources of sensory information to the vision system. This work proposes the development of a laser vision system by using a camera and a laser with a line beam, where the structured light projector is used as information source. In a vision system, one important step is always related with the system calibration. Our calibration solution is divided into two steps. The _rst step concerns the camera calibration, where the intrinsic and extrinsic parameters for the camera are computed. The second step defines the relation between the camera and the laser. One of the main challenges of this the thesis was to address the overall system calibration. Therefore, a calibration method that requires at least two frames of a chessboard in different perspectives was developed. The proposed method was characterized and validated in dry and underwater environments. The obtained results show that the system is accurate and the depth error is significantly small (<1 mm) even in the presence of a small stereo baseline.