نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشگاه تهران

2 دانشیار مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشگاه تهران

3 استاد مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشگاه تهران

4 استادیار مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه تهران

چکیده

امروزه یکی از چالش‌های اصلی در حوزه دریایی، کنترل و پایش بنادر در شرایط آب و هوایی متفاوت می‌باشد که برای این منظور از قایق ربات‌های خودران استفاده می‌شود. در این تحقیق، که بخشی از پروژه قایق ربات مروارید می‌باشد، از سیستم بینایی استریو بمنظور تشخیص، مکان‌یابی و ردیابی زمان-واقع اشیا استاتیک و دینامیک در قایق ربات خودران مروارید استفاده شد. بمنظور ارزیابی الگوریتم ارائه شده، دو سری آزمایش طراحی و اجرا شدند؛ در آزمایش اول، قایق ربات کنار سایر قایق‌های ثابت یا دیواره‌های اسکله حرکت کرد تا اشیا ثابت را مکان‌یابی کند. در آزمایش دوم نیز یک قایق هدف مجهز به RTK-GPS در نظر گرفته شد تا دقت الگوریتم در ردیابی آن سنجیده شود. نتایج تحقیق در قالب نقشه ارتفاعی دیجیتال و ترسیم مسیر طی شده توسط قایق ربات و قایق هدف ارائه شد. دقت ردیابی سیستم استریو نسبت به RTK-GPS ارزیابی شد که حداقل خطای سیستم استریو در ردیابی، مقدار 1/575 متر بدست آمد که این میزان خطا توسط فیلتر کالمن به مقدار 0/6621 متر کاهش پیدا کرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Detecting And Tracking Objects In An Autonomous Surface Vehicle Using Stereo Vision

نویسندگان [English]

  • E Omrani 1
  • H Mousazadeh 2
  • Mahmoud Omid 3
  • Mehdi Tale Masouleh 4

1 Department of Mechanical Engineering of Biosystems, University of Tehran

2 Department of Mechanical Engineering of Biosystems, University of Tehran

3 Department of Mechanical Engineering of Biosystems, University of Tehran

4 Department of Electrical and Computer Engineering, University of Tehran,

چکیده [English]

Nowadays, one of the main challenges in the maritime is the control and monitoring of ports in different weather conditions. To achieve this, Autonomous Surface Vehicles (ASV) are used. In this research, as part of the Morvarid research project, a stereo vision system was implemented on an ASV to detect, localize, and track static and dynamic objects. In order to examine the proposed obstacle detection algorithm, two sets of experiments have been designed; first, the ASV moves toward stationary objects to localize all static and dynamic objects. Second, the ASV tracks a target boat, which equipped with an RTK-GPS and estimates relative and absolute positions and movement vector. The results showed that the proposed algorithm successfully estimated 3D size and position of the surrounding objects. The accuracy of the tracking algorithm was evaluated in the digital elevation map, with the lowest RMSE of 1.575 (m), and 0.6621 (m) using raw and EKF data, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Stereo Camera
  • localization
  • Tracking
  • Digital elevation map
  • Extended Kalman Filter

[1]      H. Mousazadeh et al., “Experimental evaluation of a hydrography surface vehicle in four navigation modes,” J. Ocean Eng. Sci., vol. 2, no. 2, pp. 127–136, Jun. 2017.

[2]      T. Huntsberger, H. Aghazarian, A. Howard, and D. C. Trotz, “Stereo vision-based navigation for autonomous surface vessels,” J. F. Robot., vol. 28, no. 1, pp. 3–18, Jan. 2011.

[3]      R. Yan, S. Pang, H. Sun, and Y. Pang, “Development and missions of unmanned surface vehicle,” J. Mar. Sci. Appl., vol. 9, no. 4, pp. 451–457, Dec. 2010.

[4]      Z. Liu, Y. Zhang, X. Yu, and C. Yuan, “Unmanned surface vehicles: An overview of developments and challenges,” Annu. Rev. Control, vol. 41, pp. 71–93, Jan. 2016.

[5]      and K. V. E. " Sinisterra, Armando J., Manhar R. Dhanak, “Stereovision-based target tracking system for USV operations,” Ocean Eng., vol. 133, pp. 197–214, 2017.

[6]      N. Bernini, M. Bertozzi, L. Castangia, M. Patander, and M. Sabbatelli, “Real-time obstacle detection using stereo vision for autonomous ground vehicles: A survey,” in 17th International IEEE Conference on Intelligent Transportation Systems (ITSC), 2014, pp. 873–878.

[7]      F. Oniga, S. Nedevschi, M. M. Meinecke, and T. B. To, “Road Surface and Obstacle Detection Based on Elevation Maps from Dense Stereo,” in 2007 IEEE Intelligent Transportation Systems Conference, 2007, pp. 859–865.

[8]      H. Shin, Bok-Suk and Mou, Xiaozheng and Mou, Wei and Wang, “Vision-based navigation of an unmanned surface vehicle with object detection and tracking abilities,” Mach. Vis. Appl., vol. 29, no. 1, pp. 95–112, 2018.

[9]      H. Wang and Z. Wei, “Stereovision Based Obstacle Detection System for Unmanned Surface Vehicle,” in International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO), 2013.

[10]    H. Wang, Z. Wei, C. S. Ow, K. T. Ho, B. Feng, and J. Huang, “Improvement in real-time obstacle detection system for USV,” in 2012 12th International Conference on Control Automation Robotics & Vision (ICARCV), 2012, pp. 1317–1322.

[11]    P. Tang, R. Zhang, D. Liu, L. Huang, G. Liu, and T. Deng, “Local reactive obstacle avoidance approach for high-speed unmanned surface vehicle,” Ocean Eng., vol. 106, pp. 128–140, Sep. 2015.

[12]    B. Bovcon, R. Mandeljc, J. Perš, and M. Kristan, “Stereo obstacle detection for unmanned surface vehicles by IMU-assisted semantic segmentation,” Rob. Auton. Syst., vol. 104, pp. 1–13, Jun. 2018.

[13]    A. Kaehler and G. R. Bradski, Learning OpenCV 3 : computer vision in C++ with the OpenCV library. .

[14]    H. Mousazadeh et al., “Developing a navigation, guidance and obstacle avoidance algorithm for an Unmanned Surface Vehicle (USV) by algorithms fusion,” Ocean Eng., vol. 159, pp. 56–65, 2018.

[15]    ی. سلمانی et al., “ارزیابی الگوریتم ناوبری قایق ربات خودران و مقایسه آن با نتایج شبیه‌سازی,” مهندسی بیوسیستم ایران, vol. 49, no. 3, pp. 353–366, Oct. 2018.

[16]    A. Makhsoos, H. Mousazadeh, and S. S. Mohtasebi, “Evaluation of some effective parameters on the energy efficiency of on-board photovoltaic array on an unmanned surface vehicle,” Ships Offshore Struct., pp. 1–9, 2018.

[17]    A. Makhsoos et al., “Design, simulation and experimental evaluation of energy system for an unmanned surface vehicle,” Energy, vol. 148, pp. 362–372, 2018.

[18]    “Nerian – Systems for Real-Time 3D Stereo Vision.” [Online]. Available: https://nerian.com/. [Accessed: 10-Mar-2019].

[19]      Z. Zhang, “A Flexible New Technique for