Open-source benchmark datasets have been a critical component for advancing machine learning for robot perception in terrestrial applications. Benchmark datasets enable the widespread development of state-of-the-art machine learning methods, which require large datasets for training, validation, and thorough comparison to competing approaches. Underwater environments impose several operational challenges that hinder efforts to collect large benchmark datasets for marine robot perception. Furthermore, a low abundance of targets of interest relative to the size of the search space leads to increased time and cost required to collect useful datasets for a specific task. As a result, there is limited availability of labeled benchmark datasets for underwater applications. We present the AI4Shipwrecks dataset, which consists of 24 distinct shipwreck sites totaling 286 high-resolution labeled side scan sonar images to advance the state-of-the-art in autonomous sonar image understanding. We leverage the unique abundance of targets in Thunder Bay National Marine Sanctuary in Lake Huron, MI, to collect and compile a sonar imagery benchmark dataset through surveys with an autonomous underwater vehicle (AUV). We consulted with expert marine archaeologists for the labeling of robotically gathered data. We then leverage this dataset to perform benchmark experiments for comparison of state-of-the-art supervised segmentation methods, and we present insights on opportunities and open challenges for the field. The dataset and benchmarking tools will be released as an open-source benchmark dataset to spur innovation in machine learning for Great Lakes and ocean exploration. The dataset and accompanying software are available at https://umfieldrobotics.github.io/ai4shipwrecks/.


翻译:开源基准数据集对于推动陆地应用中机器人感知的机器学习发展至关重要。基准数据集能够促进先进机器学习方法的广泛开发,而这些方法需要大量数据集进行训练、验证及与竞争方法的全面比较。水下环境带来的若干操作挑战阻碍了海洋机器人感知领域大规模基准数据集的收集工作。此外,目标物相较于搜索空间而言丰度较低,导致收集特定任务所需有用数据集的时间和成本增加。因此,水下应用中标注基准数据集的可用性十分有限。我们提出了AI4Shipwrecks数据集,该数据集包含24个不同的沉船遗址,共计286张高分辨率标注侧扫声纳图像,旨在推动自主声纳图像理解领域的最新技术发展。我们利用密歇根州休伦湖桑德贝国家海洋保护区中独特丰富的目标物,通过自主水下航行器(AUV)勘测收集并编制了声纳图像基准数据集。在机器人收集数据的标注过程中,我们咨询了海洋考古专家。随后,我们利用该数据集进行基准实验,以比较最先进的监督式分割方法,并提出了该领域的机遇与开放性挑战的见解。该数据集及基准测试工具将以开源基准数据集形式发布,以激发五大湖及海洋探索中机器学习的创新。数据集及配套软件可在https://umfieldrobotics.github.io/ai4shipwrecks/获取。

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