Driven by the increasing number of marine data science applications, there is a growing interest in surveying and exploring the vast, uncharted terrain of the deep sea with robotic platforms. Despite impressive results achieved by many on-land visual mapping algorithms in the past decades, transferring these methods from land to the deep sea remains a challenge due to harsh environmental conditions. Typically, deep-sea exploration involves the use of autonomous underwater vehicles (AUVs) equipped with high-resolution cameras and artificial illumination systems. However, images obtained in this manner often suffer from heterogeneous illumination and quality degradation due to attenuation and scattering, on top of refraction of light rays. All of this together often lets on-land SLAM approaches fail underwater or makes Structure-from-Motion approaches drift or omit difficult images, resulting in gaps, jumps or weakly registered areas. In this work, we present a system that incorporates recent developments in underwater imaging and visual mapping to facilitate automated robotic 3D reconstruction of hectares of seafloor. Our approach is efficient in that it detects and reconsiders difficult, weakly registered areas, to avoid omitting images and to make better use of limited dive time; on the other hand it is computationally efficient; leveraging a hybrid approach combining benefits from SLAM and Structure-from-Motion that runs much faster than incremental reconstructions while achieving at least on-par performance. The proposed system has been extensively tested and evaluated during several research cruises, demonstrating its robustness and practicality in real-world conditions.


翻译:随着海洋数据科学应用的日益增多,利用机器人平台对广阔未知的深海地形进行勘探与探索的需求日益增长。尽管过去几十年中许多陆地视觉地图构建算法取得了显著成果,但由于恶劣的环境条件,将这些方法从陆地移植到深海仍面临挑战。通常,深海探索涉及使用配备高分辨率相机和人工照明系统的自主水下航行器(AUV)。然而,以此方式获取的图像往往存在光照不均、因衰减与散射导致的图像质量下降以及光线折射等问题。这些问题综合起来,常导致陆地SLAM方法在水下失效,或使运动恢复结构(Structure-from-Motion)方法出现漂移、遗漏困难图像,从而产生地图空洞、跳变或弱配准区域。本文提出了一套融合水下成像与视觉地图构建最新进展的系统,旨在实现数公顷海底的自动化机器人三维重建。该方法的高效性体现在:一方面,能够检测并重新处理困难的弱配准区域,避免遗漏图像并更充分利用有限的潜航时间;另一方面,计算效率显著提升,通过融合SLAM与运动恢复结构的混合方法,其运行速度远超增量式重建,同时性能至少持平。该系统已在多次科考航次中得到广泛测试与评估,验证了其在实际条件下的鲁棒性与实用性。

0
下载
关闭预览

相关内容

即时定位与地图构建(SLAM或Simultaneouslocalizationandmapping)是这样一种技术:使得机器人和自动驾驶汽车等设备能在未知环境(没有先验知识的前提下)建立地图,或者在已知环境(已给出该地图的先验知识)中能更新地图,并保证这些设备能在同时追踪它们的当前位置。
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
19+阅读 · 2021年4月8日
Adaptive Synthetic Characters for Military Training
Arxiv
50+阅读 · 2021年1月6日
Arxiv
17+阅读 · 2018年4月2日
VIP会员
最新内容
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
5+阅读 · 6月9日
为初级军官战术训练设计生成式人工智能平台
专知会员服务
7+阅读 · 6月9日
《美军条令:作战伤员后送保障》
专知会员服务
5+阅读 · 6月9日
《美空军条令出版物 4-0,维持》
专知会员服务
5+阅读 · 6月9日
《基于仿真的空军任务规划优化》
专知会员服务
4+阅读 · 6月9日
相关VIP内容
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员