완벽한 수역 지도를 위한 최적의 선택
강과 호수 (반)자율 주행 및 수중 매핑
독일 내 안전하고 효율적인 수로 운송을 위해서는 최신 정보를 반영한 정확한 지도가 필요합니다. 연방 해양 수로청과 같은 당국뿐만 아니라 민간 항만 운영사도 항상 최신 형식의 수로 지도가 필요합니다. 그 이유는, 부정확하거나 오래된 정보로 인한 사고를 방지하기 위함입니다. 이는 연방 수로의 분류, 거리, 기존의 갑문, 리프팅 및 댐, 기타 주변 수역, 장소 및 경계에 관한 정보를 포함하고 있습니다. 기존의 매핑은 선박의 숙련된 인력을 통해 수행되므로 시간과 비용이 많이 듭니다. 따라서 특정 위치에서 측정 간격이 길어질 수 있는 단점이 있습니다.
장애물 회피 및 교통 감지 기능을 갖춘 자율 플랫폼으로 수로를 (반)자동 모니터링하면 이 프로세스를 최적화하고 더 짧은 시간에 지도를 제공할 수 있습니다. Fraunhofer IOSB 광학, 시스템 기술, 이미지 개발 연구소는 3년간의 자체 연구 프로젝트의 일환으로 수역을 자율적으로 측량할 수 있는 자율 수면 차량을 개발했습니다. 이를 위해 음파 탐지기를 사용하여 강바닥을 기록합니다. 또한 둑 영역과 표면 구조물은 IDS Imaging Development Systems GmbH의 산업용 카메라가 통합된 광학 시스템으로 모니터링됩니다. 이렇게 얻은 정보는 병합되어 주변 환경의 3D 지도로 전송됩니다.
애플리케이션
수역을 정밀하게 측량하는 것은 까다로운 작업입니다. Fraunhofer IOSB의 강과 호수에서의 반자동 방향 탐지 시스템인 TAPS는 물속과 물 위에서 모두 이 작업을 수행할 수 있습니다. 약 2 x 1.5 x 1미터 크기의 이 차량은 해당 수로를 따라 이동하며 정지하거나 움직이는 장애물을 자동으로 피합니다. 시속 약 3.7km에 해당하는 2노트의 속도에서 이러한 임무는 최대 20시간까지 지속될 수 있습니다. 해안 지역의 시각적 매핑을 위해 TAPS는 마스트에 각각 우현과 좌현을 향하는 두 대의 카메라를 시야가 겹치지 않도록 장착하였습니다. 고해상도를 갖춘 덕분에 부두 벽과 같은 관련 인프라의 시각적 검사가 가능하며, 기록된 이미지 데이터를 기반으로 해안 지역의 3D 모델링이 가능합니다.
"지능형 이미지 캡처를 위해 자동 시스템을 사용하고 있습니다. 한 대 또는 두 대의 카메라가 미리 정의된 관심 영역을 가리키면 이미지 촬영이 시작됩니다. 또한 차량 자체의 움직임은 다양한 각도에서 촬영된 이미지 데이터 저장에만 사용되므로 콘텐츠 측면에서 부가가치를 제공합니다."라고 Fraunhofer IOSB의 자율 로봇 시스템 연구 그룹의 사진 측량 전문가인 Boitumelo Ruf가 설명합니다. GNSS(Global Navigation Satellite Systems , GPS와 같은 글로벌 항법 위성 시스템) 및 IMU(Inertial Measurement Unit for position determination, 위치 결정을 위한 관성 측정 장치) 데이터는 TAPS 플랫폼의 위치 및 방향을 결정하는 데 기초가 됩니다. "이미지가 캡처되면 현재 GNSS 위치 데이터로 이미지가 보강됩니다. 이는 나중에 정확한 좌표를 할당하는 데 필요합니다."라고 Boitumelo Ruf는 설명합니다.
데이터 수집 후, 촬영된 이미지는 GNSS 데이터와 함께 지상 관제소로 전송되어 사진 측량 재구성이 수행됩니다. Boitumelo Ruf가 절차에 대해 자세히 설명합니다: "무엇보다도 저희는 COLMAP 사진 측량 도구 상자를 사용합니다. 뛰어난 이미지 기능을 사용하여 먼저 입력 이미지를 비교하고 상대 위치를 계산하여 실제와 같은 환경의 3D 모델을 생성합니다. 그런 다음 도구를 사용하여 이미지를 픽셀 단위로 일치시킵니다. 즉, 해당 픽셀을 검색하고 정확하게 병합합니다. 그 결과 GNSS 위치를 사용하여 지리 참조된, 즉 해당 현재 좌표가 제공되는 고밀도 3D 포인트 클라우드가 생성됩니다." 그런 다음 3D 모델을 육안 검사나 은행 모니터링과 같은 다른 작업에 사용할 수 있습니다.
강한 바람과 궂은 날씨에서도 견고한 산업용 카메라
카메라의 경우, Fraunhofer 연구소는 IDS의 산업용 카메라 uEye FA 2대를 사용하고 있습니다. PoE를 지원하는 견고하고 탄력적인 이 모델은 까다로운 환경에 이상적입니다. 카메라 하우징, 렌즈 튜브 및 나사식 커넥터는 IP65/67보호 등급으로 먼지, 분진, 물 튀김으로부터 보호됩니다.
사용된 모델은 Sony의 대형 1.1" CMOS 센서 IMX304를 탑재하고 있으며, 4096 x 3000픽셀 해상도로 매우 선명하고 노이즈 없는 이미지를 제공합니다. 뛰어난 동적 범위와 매우 높은 감도를 제공하는 이 Pregius 시리즈 2세대 글로벌 셔터 센서는 특히 계측 분야 애플리케이션에 적합합니다.
이러한 장점으로 Fraunhofer IOSB는 IDS FA 카메라를 선택했습니다. 견고성과 내후성 외에도 카메라의 중요한 요구 사항은 컴팩트한 폼 팩터와 상세한 육안 검사를 가능하게 하는 높은 이미지 해상도였습니다. 또한 센서는 밝은 곳과 그늘진 곳 모두에서 높은 수준의 디테일로 이미지를 캡처할 수 있도록 높은 동적범위를 제공해야 합니다. 표준 GigE Vision 인터페이스로 통합할 수 있어 서로 다른 카메라를 사용하는 여러 시스템에 하나의 드라이버로 개발 및 사용이 가능합니다.
"IDS FA 산업용 카메라는 매우 선명하고 노이즈가 없는 이미지를 제공합니다. 이 센서는 뛰어난 동적범위와 매우 높은 감도를 제공합니다. 이러한 특징 때문에 이 카메라를 선택했습니다."
전망
숙련된 인력의 부족도 또한 수로 측량의 주요 문제입니다. 수로 매핑을 자동화하면 비용뿐만 아니라 시간, 무엇보다도 필요한 인력을 줄일 수 있습니다. TAPS 프로젝트의 목표는 이 작업을 위한 프로토타입을 개발하고 그 잠재력을 입증하는 것이었습니다. 연구 기관인 Fraunhofer는 일반적으로 시스템의 기능과 적합성이 입증된 수준까지 기술을 개발합니다. 이제 다음 단계는 산업 파트너와의 협력입니다. Fraunhofer IOSB의 자율 로봇 시스템 연구 그룹 책임자인 Janko Petereit 박사가 설명합니다: "우리는 상용화를 향한 마지막 단계를 함께할 파트너를 적극적으로 찾고 있습니다. 초기 테스트의 긍정적인 결과와 정확한 최신 수로 지도에 대한 수요 증가를 고려할 때, 향후 몇 년 동안 이 기술에 대한 수요가 증가할 것으로 예상합니다. 습득한 지식은 다양한 방식으로 활용할 수 있습니다. 자율 주행 선박은 해상 또는 내륙 수로를 통해 사람과 물품을 운송하는 데 사용할 수 있습니다. 수로를 굴착하고 페어웨이를 자율적으로 측량하는 것도 생각해 볼 수 있습니다."
이 프로젝트는 로봇 시스템과 디지털 이미지 프로세싱의 상호 작용이 가진 높은 잠재력을 보여줍니다. 특히 시각적 환경 캡처 및 장면 해석과 관련하여 향후 정보가 개편될 수 있습니다.
PoE가 지원되는 강력하고 내구성이 강한 산업용 카메라, uEye FA
사용 모델: GV-5200FA
카메라 제품군: uEye FA
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고객사
Fraunhofer IOSB 광학, 시스템 기술, 이미지 개발 연구소는 이름에 담긴 세 가지 핵심 역량을 연구하여 많은 사람들이 정보에 입각한 결정을 내리고, 프로세스를 최적화하며, 자율 시스템을 지능적으로 제어할 수 있도록 지원하는 것을 목표로 합니다. 여기에는 필요한 레이저 광원, 센서의 최적 사용 및 네트워킹, 결과 데이터 스트림의 처리를 포함한 새로운 유형의 비전 시스템 개발이 포함됩니다.