Esquema de Acoplamiento Basado en Aprendizaje Profundo para Vehículos Submarinos Autónomos con un Faro Óptico Rotatorio Omnidireccional
Autores: Li, Yiyang; Sun, Kai; Han, Zekai; Lang, Jichao
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Esquema de Acoplamiento Basado en Aprendizaje Profundo para Vehículos Submarinos Autónomos con un Faro Óptico Rotatorio Omnidireccional
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Balizas ópticas submarinas
Baliza óptica rotativa omnidireccional
Algoritmo de detección de aprendizaje profundo
Modelo YOLOv8-pose
Detección del centroide de luz
Coincidencia de IoU de puntos clave.
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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El reconocimiento y la localización visual de balizas ópticas submarinas son críticos para el acoplamiento de AUV, pero las balizas tradicionales están limitadas por su direccionalidad fija y la atenuación de la luz en el agua. Para extender el rango de acoplamiento óptico, este estudio diseña una nueva baliza óptica rotativa omnidireccional que proporciona cobertura de luz de 360 grados a lo largo de 45 m, mejorando la probabilidad de detección de la baliza a través de un escaneo sincronizado. Abordando los desafíos de la detección del centroide de luz, introducimos un algoritmo de detección de aprendizaje profundo paralelo basado en un modelo mejorado de YOLOv8-pose. Inicialmente, se construyó un conjunto de datos de balizas ópticas submarinas que abarca varios patrones de luz. Posteriormente, se optimizó la red incorporando una pequeña cabeza de detección, implementando convolución dinámica y atención de campo receptivo para la localización multi-escala de una sola etapa. Se propuso un método de post-procesamiento basado en la coincidencia de IoU de puntos clave para filtrar detecciones redundantes. El algoritmo logró un 93.9% de AP a 36.5 FPS, con al menos un aumento del 5.8% en la precisión de detección en comparación con métodos existentes. Además, se desarrolló un método de medición basado en la fuente de luz para detectar con precisión la orientación de la baliza. Los resultados experimentales indican que este esquema puede lograr una guía omnidireccional de alta precisión con errores de estimación de azimut y postura de -4.54 grados y 3.09 grados, respectivamente, proporcionando una solución confiable para el acoplamiento óptico a larga distancia y gran escala.
Descripción
El reconocimiento y la localización visual de balizas ópticas submarinas son críticos para el acoplamiento de AUV, pero las balizas tradicionales están limitadas por su direccionalidad fija y la atenuación de la luz en el agua. Para extender el rango de acoplamiento óptico, este estudio diseña una nueva baliza óptica rotativa omnidireccional que proporciona cobertura de luz de 360 grados a lo largo de 45 m, mejorando la probabilidad de detección de la baliza a través de un escaneo sincronizado. Abordando los desafíos de la detección del centroide de luz, introducimos un algoritmo de detección de aprendizaje profundo paralelo basado en un modelo mejorado de YOLOv8-pose. Inicialmente, se construyó un conjunto de datos de balizas ópticas submarinas que abarca varios patrones de luz. Posteriormente, se optimizó la red incorporando una pequeña cabeza de detección, implementando convolución dinámica y atención de campo receptivo para la localización multi-escala de una sola etapa. Se propuso un método de post-procesamiento basado en la coincidencia de IoU de puntos clave para filtrar detecciones redundantes. El algoritmo logró un 93.9% de AP a 36.5 FPS, con al menos un aumento del 5.8% en la precisión de detección en comparación con métodos existentes. Además, se desarrolló un método de medición basado en la fuente de luz para detectar con precisión la orientación de la baliza. Los resultados experimentales indican que este esquema puede lograr una guía omnidireccional de alta precisión con errores de estimación de azimut y postura de -4.54 grados y 3.09 grados, respectivamente, proporcionando una solución confiable para el acoplamiento óptico a larga distancia y gran escala.