Тунадас ихтэй усны орчинд ус доор зураг авахад тулгардаг бэрхшээлүүд

Тунадас ихтэй усны харагдац ба ус доорх шалгах камерийн үйл ажиллагаанд үзүүлэх нөлөөг ойлгох

Органик бохирдлын жижиг хэсгүүд, тунамал, элгэн мөгөөрс болон бусад олон зүйлс усыг цайвардуулж, гадаргуугийн доор юу байгааг харахыг маш хэцүү болгодог. Үнэндээ Springer-ийн 2023 оны судалгаагаар илт болж буйгаар, хөвсгөрийн бүсийн 78 хувьд хүмүүс ихэнхдээ гадаргуугаас зөвхөн ойролцоогоор нэг метр хүртэл л юм харж чаддаг. Ийм жижиг хэсгүүд усанд гэрлийн тархалтыг алдагдуулдаг. Nature сэтгүүлд саяхан хэвлэгдсэн судалгаагаар, усны багана дотор зөвхөн таван метр орчим гүнд ороход улаан гэрэл хөх гэрлээс хамгийн багадаа хорин дахин хурдан шингэрдэг байна. Энэ гайхалтай өнгийн шүүлтүүрийн үзэгдэлээс болж гадаргуугаас хэтэрхий холдох үед усан доорх хяналтын камерууд зөв ажиллахгүй болдог. Тэдгээрийн мэдрэгчид ийм хэт хүнд нөхцөлд зориулагдаагүй тул ажиллуулагчид тодорхой үнэлгээ өгөхөд шаардагдах тодорхой зургийг авахад ихэвчлэн хэцүүцдэг.

• Харьцах чадвар алдалт : Линзэн дээрх ойролцоох бөөмсийн сарнилт нь зургийг хаяа тунамал хальс шиг болгоно
• Динамик хүрээний шахалт : Гэрлийн хувьсах хэмжээ бага харагдах нөхцөлд мэдрэгчийн чадавхийг даван гарна
• Өнгөний нарийвчлалын алдаа : Стандарт цагаан тэнцвэрийн алгоритмууд усны урт долгионы шүүлтийг нөхөж чаддаггүй

Ихэнхдээ арван таван см-с бага харагдах нөхцөлд хуучин системүүдийн объект таних нарийвчлал 25%-иас доош унаж, дараа нь боловсруулах шийдэлд тулгуурлахын оронд техник хангамжийн түвшинд дахин загварчлах шаардлагатай болдог.

Өндөр нарийвчлалтай далайн доорх шалгалтын камеруудад гарсан гол технологийн дэвшил

Дараагийн үеийн далайн доорх шалгалтын камерийн мэдрэгчид өндөр нарийвчлал, мэдрэг чанартай

Хойноос гэрэлтүүлэгдсэн хамгийн сүүлийн үеийн CMOS датчик болон пиксел хайрцаглах технологийг нэгтгэснээр хуучин CCD датчикаас ойролцоогоор хоёр дахин илүү гэрэл барих чадвартай болсон. Зарим дээд загварууд 12 мегапиксел зургийг сайн чанартай авах, мөн ойролцоогоор секундэд 2 кадр хурдтай 4K видео бичих чадвартай бөгөөд энэ нь маш шороотой усны нөхцөлд доголдолыг илрүүлэхэд тусалдаг. Ийм датчикуудыг 1 инч хэмжээтэй датчик, ухаалаг өсгөлт тохируулгатай хослуулахад байх хэрэгцээт гэрлийн хэмжээ нэг люксаас бага үед ч эдгээр зураг авах системүүд сайн ажилладаг. Энэ шиг үзүүлэлт нь харагдац муутай, шороотой орчинд дурангийн шалгалт хийх эсвэл хяналт тавихад ихээхэн чухал ач холбогдолтой.

Шороотой орчинд дүрсний контрастыг сайжруулах оптик загварчлалын шинэчлэл

Долгионы урт тус бүрд тохирсон нягтруулалттай шингэн линз болон хоёр дахин нэвтрүүлэх шүүлтүүр (450–550нм ба 590–650нм) нь долгионы сарних үзэгдлийг бууруулдаг. Далайн технологийн судалгаагаар баталгаажсан энэ арга нь бүх спектрийн оптик системтэй харьцуулахад контрастыг 62% сайжруулдаг. Доорх хүснэгт чухал гүйцэтгэлийн дэвшлийг харуулж байна:

Хувьсах гэрлийн нөхцөлд тэнцвэртэй экспозицийг хангах өргөн динамик хүрээний зураг авах технологийн интеграци

Орчин үеийн өргөн динамик хүрээний (WDR) системүүд нь 120dB-с хэтрэх динамик хүрээтэй орчинд зориулан цаг хугацааны экспозицийг давхардуулах (3–5 кадр/мс) болон машин сургалтын тон зураг авах аргыг ашигладаг. Энэ нь нарны гэрэлт орчинд илүүдэл экспозицийг саатуулж, харин харанхуй завсар замд дэлгэрэнгүй мэдээллийг хадгалж үлдэхэд чухал ач холбогдолтой байдаг—улбаа бүсэд хийгдэх шалгалтанд маш чухал.

Шилжилтийн тод чанарыг сайжруулах зориулалттай тооцоолон дүрслэл болон зураг дээрх сайжруулалт

Орчин үеийн усанд доорх шалгалтын камер системүүд нь усанд гэрлийн тархалтын үндсэн хязгаарлалтыг давахын тулд тооцоолон дүрслэлийг ашиглан, сарних, өнгөний шилжилт, динамик хүрээний бэрхшээлүүдийг шийдвэрлэдэг.

Тооцоолон дүрслэлийн загвар ашиглан ус доорх зорилтуудыг сарнилтаас цэвэрлэх арга замууд

Гэрлийн тархалтыг загварчлах алгоритмууд нь буцах сарнилтаас зорилтын дохиог ялгаж авна. 2024 оны Nature судалгаа нь поляризаци хяналт болон сүлжээний нейроны системийг хослуулсан, хаврын усанд сарнилтыг 60% бууруулдаг холимог системийг танилцуулсан. Олон спектрийн оролтууд нь долгионы уртуудад ноёрхсон ялгаатай шингээлтийг ашиглан үйл ажиллагааг илүү сайжруулдаг.

Дэвших сарнидаг гэрлийг хүчтэй дохио боловсруулах аргаар бодит цагт дарангуйлах

FPGA-гээр хангасан систем нь секундэд 1,000-с илүү кадрыг боловсруулж, адаптив гистограмм тэнцвэржүүлэлт болон долгионт хувиргалтыг 3мс-ийн хугацаанд хэрэгжүүлдэг. Энэ нь шалбархай орчинд 0.5 м/с хурдтайгаар хөдлөх үед ч зурагны ашиглалтын чанарыг 90%-с дээш хадгалах боломжийг олгодог.

Тунадас ихтэй усанд харагдах чадварыг нэмэгдүүлэх өнгөний засвар, контрастын сайжруулалтын алгоритмууд

Гүн мэдрэх цагаан тэнцвэрийн алгоритмууд дараах байдлаар жинхэнэ өнгүүдийг сэргээнэ:

• Долгионы урт-специфик шингээлт
• Хиймэл гэрлийн спектрүүд
• Сарних өнцгүүд

Талбайн шалгалтууд стандарт авто-цагаан тэнцвэртэй харьцуулахад биологийн таних чадварыг 40%-иар сайжруулдагийг харуулсан.

Гүн зүйн сургалт болон физик загваруудыг нэгтгэсэн далайн доорх зураг дээрх сайжруулалтын хүрээ

Физик мэдлэгийг суулгасан сүлжээний загварууд восприпцийн чанартай харьцуулахад 33%-иар илүү үр дүнтэй ажилладаг (Springer 2023). Эдгээр холимог хүрээ нь бүтцийн дэлгэрэнгүй мэдээллийг хадгалж, тусгаарлагчийн 85% гаруйг арилгаж чаддаг — 1 метрээс бага харагдах чадвартай усанд ч гэсэн.

Өндөр нарийвчлалтай далайн доорх шалгах камерийн бодит ертөнцийн хэрэглээ

Өндөр нарийвчлалтай далайн доорх шалгах камер ашиглан далайн дэд бүтцийн шалгалт

Далайн цэргийн төхөөрөмжийн менежерүүд болон далай дээрх үйл ажиллагааны багууд нь булаг, платформын суурь зэрэг усанд орших байгууламжийг шалгахад өндөр нарийвчлалтай зураг авах технологид итгэж эхэлсэн. Эдгээр дэвшилтэт камерийн системүүд муу харагдах, савар усны нөхцөлд ч бага зэрэг илрэх коррозийн шинж болон далайн амьтдын өсөлтийг ч тодорхойлох чадвартай. Мөн өнгөрсөн жил Далайн технологийн консорциум гаргасан судалгаагаар энэхүү технологийг нэвтрүүлсэн төхөөрөмжүүд шалгалтын явцыг ойролцоогоор 40%-иар багасгасан. Мөн эрт үедээ асуудлыг илрүүлэх чадвар нь бүтцийн доголдолыг тодорхойлох 92% нарийвчлалд хүрсэн. Цуглуулсан дэлгэрэнгүй зурагнууд нь засварын багууд ямар хэсгийг шууд анхаарал татах ёстой, ямар хэсгийг хойш тавих боломжтойг шийдвэрлэхэд туслах баталгаат мэдээлэл өгч, янз бүрийн газрууд дээрх нөөцийг илүү үр дүнтэй хуваарилдаг болгосон.

Шинжлэх ухааны судалгааны хэрэглээ: Бага гэрэлтэй, савар орчны нөхцөлд коралын рифийг хянах

Далайн биологичид усанд илүүдэл хоол тэжээлийн бодис агуулсан тропик бүсийн усанд коралын цайрлыг хянахад сайжруулсан зураг авах системийг ашигладаг. 15 метрээс доошхи ногоон туяа ихтэй орчинд энгийн камеруудын гэрэл харагдахуйц спектрийг муутайгаар авдагтай харьцуулахад дэвшилтэт системүүд тооцооллын зураг авалтаар өнгийн нарийн спектрийг сэргээдэг. Талбайн туршилтууд нь 2 NTU туяа шингээлтийн дор коралын эрт үеийн стрессыг 86% нарийвчлалтайгаар илрүүлсэн бөгөөд инвазив бус, жил бүрийн рифийн хяналтыг дэмждэг.

Сарнигч орчинд сайжруулсан оптик зураг авалтаар далайн доорх хоолойн судалгаа

Далайн ёроолын бүхэлд нь байршсан шорооны зузаан давхаргад нуугдсан хэсгийг шалгахын тулд одоо цахилгаан лазерын сканерийг өндөр динамик багтаамжит зурган технологитой хослуулсан тусгай камер ашиглан далайн доорх хоолойд ажилладаг. Энгийн холоос удирддаг тусгай тоноглолын камераас харьцуулахад эдгээр дэвшилтэт систем нь бараан ус болон бусад саадыг ойролцоогоор найман дахин сайн харах чадвартай байдаг тул хоолойд цэвдэг үүссэн эсвэл шороо шилжсэн байгаа газрыг илрүүлэх боломжийг олгодог. Өнгөрсөн жилийн далайн эрэг орчмын шалгалтын судалгаа ч гайхамшигтай үр дүн гаргасан: алдаатай тревожный сигналыг 3%-иас бага болгон бууруулахад нийтэдээ 40%-иар хурдан асуудлыг илрүүлж чадсан. Ихэнх инженерчлэлийн мэргэжилтнүүд энэ төрлийн олон спектрийн шинжилгээг далайн гүнд явуулах засвар үйлчилгээний үйл ажиллагаанд шийдвэрчих их өөрчлөлт болсон гэж үздэг.

Ус доорх зураг авах технологийн ирээдүйн чиг хандлага

Гидролоктор болон оптик ус доорх шалгалтын камерийн технологийг хослуулсан зэрэгцээ зураг авах систем

Шинэ гибрид системүүд нь сонорын гүн зүсэлтийн чадварыг оптик камерийн нарийвчлалтай хослуулж, муу тунгалаг бүхий усанд харах асуудлыг шийдэж байна. Цэргийн мөрөн эзэн 2024 онд зарим туршилт явуулж, тусгай олон спектрийн мэдрэгчдийг хамт ашиглахад эдгээр нэгдсэн систем нь өмнөхөөсөө 40 хувиар илүү сайн объектыг олж чадсанаа олжээ. Хиймэл оюун ухааны тусламжтайгаар систем нь сонорын унших өгөгдлийг камерийн дүрстэй нь бодит цагт нийлүүлж, их хэмжээний бороо ба хүрэнцгийн дунд ч байвал ч гэсэн операторууд далайн доорх бүсийн харьцангуй нарийвчлалтай гурван хэмжээст зураглалыг бий болгоход тусалдаг. Ийм технологи нь маш бохир усанд дэлхийн хөлний шалгалт эсвэл алдагдсан ачааг хайх зэрэг ажилд томоохон нөлөө үзүүлж байна.

Ус доорх камерийн системийн жижигсэлт, өөрөө ажиллах чадварыг урт хугацаагаар ашиглах зорилгоор хөгжүүлэх

Ирмэгийн тооцоололтой хавсарсан микро оптикийн технологийн тусламжтайгаар 10 куб см-ээс бага эзлэхүүнтэй, гэхдээ хүчтэй 4K нарийвчлалын зураг авах боломжийг олгодог жижиг камерийн нэгжийг бий болгосон. Эдгээр жижиг ч гэсэн хүчирхэг системийг автомжуулсан далайн доорх тээврийн хэрэгсэнд (AUV) суурилуулбал, 15 ваттаас бага чадал ашигладаг тул далайны түвшнээс доош 3,000 метр гүнд ч байхад гурваас дээш өдөр тасралтгүй ажиллах боломжийг олгоно. Мэргэжлийн шинжилгээний байгууллагууд ийм төрлийн камерийн дронгийн зах зээл жил илүүгээрээ дунджаар 29 хувь өсөхийг таамаглаж байна. Энэ өсөлт голчлон 60 мегапаскаль хүртэлх даралтанд тэсвэртэй материал, хатуу орчинд урт хугацааны даалгаварт камерыг 98 хувийн харагдацтай байлгах шинэлэг линзийн давхаргууд гэсэн хоёр гол шинэчлэлээс хамааран өсөж байна.

Түгээмэл асуулт

Тунадастай усны орчинд далайн доорх камерын систем ямар сорилтуудтай тулгардаг вэ?

Ус доорх камерын өмнөх даралтад нийлэгдэж буй гэрлийн хувьд контраст алдагдах, гэрлийн хүрээний шахалт (sensor-ын чадавхас давах гэрлийн ялгаа), мөн усны урттай долгионд онцлог үзүүрлэх улмаас стандарт цагаан тэнцвэрийн алгоритмууд өнгийн нарийвчлалыг алдах асуудлууд гардаг.

Ус доорх өндөр нарийвчлалтай шалгалтын камеруудад ямар ахиц гарч байна вэ?

Гэрэл цуглуулах чадварыг сайжруулахын тулд задгай CMOS sensor болон пиксел холих арга, контрастыг сайжруулахын тулд хоёр дахин нэвтрэх шүүлтүүртэй шингэн линз, экспозурыг тэнцвэржүүлэх өргөн динамик хүрээний зураг авах технологийг нэгтгэсэн нь гол ахиц юм.

Тооцоолох зураг авалт ус доорх камерийн үйл ажиллагааг хэрхэн сайжруулдаг вэ?

Тооцоолох зураг авалт нь сарних, өнгө өөрчлөгдөх, динамик хүрээний асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд сарнилтийг бууруулах, бодит цагт сарниж буй гэрлийг дарах, өнгөний засварлалтын алгоритмуудыг ашиглан тод чанар ба нарийвчлалыг сайжруулдаг.

Өндөр нарийвчлалтай ус доорх шалгалтын камеруудын практик хэрэглээний жишээнүүдийг хэлж өгөх үү?

Эдгээр камерууд нь бага харагдах чадвартай нөхцөлд ч гэсэн дутагдал илрүүлэх, хянах нарийвчлалыг сайжруулахад далайн инфраструктурын шалгалт, кораллын рифийг хянах зэрэг шинжлэх ухааны судалгаа, тэнгисний хоолойн судалгаанд ашиглагддаг.

Ус доорх зураг авах технологийн ирээдүйн ямар зүй тогтол гарч ирж байна вэ?

Ирээдүйн зүй тоглуудад сонар болон оптик технологийг хослуусан гибрид системүүд, урт хугацаагаар суурилж ажиллах зориулалттай камерийн системийн жижигрэлт, өөрөө ажиллах чадвар, болон илүү ихээр тэсвэрт чадвар, үйл ажиллагааг сайжруулах зорилгоор материалын ба линзийн давхаргуудад орсон дэвшилтэт технологийн хөгжил орно.