Resumen de Underwater 3D sensing using structured light: development of an underwater laser scanner and a non-rigid point cloud registration method
Miguel Castillón
Una percepción submarina 3D de alta precisión es esencial para avanzar hacia la automatización de tareas como la inspección, mantenimiento y reparación de estructuras industriales submarinas, que actualmente entrañan un elevado precio, riesgo y/o duración. Disponer de sensores 3D subacuáticos de alta precisión podría acelerar el progreso de tareas como la detección de objetos y el mapeado semántico, que son claves para el desarrollo de plataformas robóticas capaces de un mayor nivel de abstracción. Además, tal avance contribuiría de forma decisiva a la transición a nivel industrial desde vehículos submarinos operados remotamente (ROVs) hacia vehículos submarinos autónomos (AUVs). Sin embargo, conseguir percepción 3D de alta precisión bajo el agua es difícil por las muchas particularidades físicas de la propagación de la luz en el agua, incluyendo la refracción: la luz cambia de dirección debido a los diferentes índices de refracción de los medios por los que viaja.
Esta tesis se centra en el desarollo de un novedoso escáner 3D submarino y un método de registro no-rígido de nubes de puntos con el objetivo de crear reconstrucciones submarinas en 3D con precisiones en el orden de milímetros tanto en misiones estáticas como dinámicas.
La tesis se estructura según estas dos contribuciones principales, que han resultado en cinco artículos publicados en revistas científicas. La primera contribución principal es el diseño y construcción de un escáner 3D submarino usando un espejo de dos ejes de rotación. El segundo eje del espejo nos permite proyectar patrones de escaneo curvados de forma óptima para contrarrestar la refracción, de forma que se transformen en líneas rectas al entrar en el agua. Así, podemos disminuir la complejidad computacional de la reconstrucción 3D mientras mantenemos una precisión milimétrica. Otras contribuciones de menor rango de esta parte de la tesis son el diseño de un modelo de la dirección del haz láser para estudiar el efecto de cada componente óptico en la calidad de la reconstrucción 3D, y el desarrollo de un algoritmo de calibración simplificado basado en funciones numéricas de proyección. La segunda contribución principal es un método de registro no-rígido de nubes de puntos que minimiza la distorsión presente en los escaneos cuando el sensor está montado en un robot en movimiento.
Finalmente, esta tesis también incluye reconstrucciones 3D no publicadas hasta ahora y que fueron realizadas en misiones tanto en la piscina del Centre d’Investigació en Robòtica Submarina (CIRS) como en el mar.
