360度全方位無(wú)死角監(jiān)測(cè)海洋環(huán)境 “智慧之眼”護(hù)衛(wèi)千帆平安

安裝在“海豚1”科考試驗(yàn)船上的高分辨率多模全景視覺(jué)系統(tǒng)。

工作人員在調(diào)試高分辨率多模全景視覺(jué)系統(tǒng)。受訪(fǎng)單位供圖

在茫茫大海上，船舶的安全航行一直是航運(yùn)領(lǐng)域的核心挑戰(zhàn)。隨著全球貿(mào)易的不斷增長(zhǎng)，海上航路變得越來(lái)越繁忙，船舶之間的碰撞風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加。

為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，哈爾濱工程大學(xué)智能學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)十余年技術(shù)攻關(guān)，成功研發(fā)出一套高分辨率多模全景視覺(jué)系統(tǒng)，為船舶裝上了360度無(wú)死角的“智慧之眼”。這一系統(tǒng)不僅能在白天清晰識(shí)別遠(yuǎn)距離目標(biāo)，還能在夜晚、大霧等極端天氣條件下保持出色的識(shí)別能力，極大地提升了船舶的航行安全性。

視野受限 “慧眼”破局

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球90%以上的貿(mào)易運(yùn)輸依賴(lài)海運(yùn)，海上航路的繁忙程度與日俱增。

“船舶在航行中不僅要準(zhǔn)確識(shí)別前方的障礙物，還需要擴(kuò)大視野，及時(shí)掌握周?chē)那闆r，以避免與鄰近船舶或其他障礙物發(fā)生碰撞。”哈爾濱工程大學(xué)智能學(xué)院院長(zhǎng)蔡成濤教授告訴科技日?qǐng)?bào)記者，目前大多數(shù)船舶的視覺(jué)識(shí)別設(shè)備只有兩到三路攝像頭，視野范圍有限，通常只有120度左右，無(wú)法全面覆蓋周?chē)h(huán)境，存在較大的安全隱患。

此外，海上天氣復(fù)雜多變，大霧、暴風(fēng)雨等極端天氣時(shí)常發(fā)生，導(dǎo)致船舶停航，降低了航運(yùn)效率，增加了運(yùn)營(yíng)成本。因此，研發(fā)一套能夠在各種極端天氣條件下正常工作的船舶視覺(jué)系統(tǒng)，成為航運(yùn)領(lǐng)域的迫切需求。

“現(xiàn)在的船舶制造正在向無(wú)人化、智能化發(fā)展。在復(fù)雜海況下，如果沒(méi)有專(zhuān)業(yè)的探測(cè)設(shè)備和可靠的決策系統(tǒng)，船就會(huì)在環(huán)境感知、目標(biāo)探測(cè)中出現(xiàn)‘看不見(jiàn)’‘看不清’‘看不懂’的問(wèn)題。”蔡成濤介紹道。

哈爾濱工程大學(xué)智能學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)14年的不懈努力，成功研發(fā)出國(guó)內(nèi)首套可以360度無(wú)死角觀(guān)看、監(jiān)測(cè)海面及海洋環(huán)境的高分辨率多模全景視覺(jué)系統(tǒng)。這一系統(tǒng)如同為船舶裝上“智慧之眼”，使其能夠在白天、夜晚以及大霧等極端天氣條件下，全天候?qū)Ｉ夏繕?biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)識(shí)別與監(jiān)測(cè)。

這套系統(tǒng)由上下組合在一起的兩個(gè)“圓餅”構(gòu)成。“每個(gè)‘圓餅’裝有8至12個(gè)攝像頭，上面一組是高分辨率可見(jiàn)光攝像頭，下面一組采用遠(yuǎn)紅外攝像頭，組合在一起，就可以聯(lián)手應(yīng)對(duì)高能見(jiàn)度和低能見(jiàn)度兩種海況。”談到這套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，蔡成濤如數(shù)家珍，“該系統(tǒng)的核心在于其高分辨率多模全景視覺(jué)技術(shù)。”通過(guò)嵌入式系統(tǒng)，攝像頭采集到的船舶航行視覺(jué)信息能夠快速存儲(chǔ)并計(jì)算合成一幅360度全景圖，實(shí)時(shí)回傳給遠(yuǎn)程測(cè)控中心和船載航行感知系統(tǒng)。

這一技術(shù)突破了傳統(tǒng)視覺(jué)系統(tǒng)在視野盲區(qū)、廣域感知和高分辨率細(xì)節(jié)平衡等方面的瓶頸，實(shí)現(xiàn)了全天候、全環(huán)境下的目標(biāo)識(shí)別與監(jiān)測(cè)。

安全可靠 應(yīng)用廣泛

該系統(tǒng)融合可見(jiàn)光與紅外雙模數(shù)據(jù)，增強(qiáng)復(fù)雜環(huán)境下的目標(biāo)感知能力，有效提升了低光照下的全景圖像采集質(zhì)量。

在硬件方面，該系統(tǒng)采用了最新的國(guó)產(chǎn)紅外成像機(jī)芯和國(guó)產(chǎn)微處理器，提升了熱成像能力，使得系統(tǒng)能在低能見(jiàn)度、遠(yuǎn)距離條件下，更準(zhǔn)確地識(shí)別目標(biāo)。

軟件方面，團(tuán)隊(duì)還通過(guò)多鏡頭協(xié)同的高分辨率實(shí)時(shí)拼接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了定制化多鏡頭排布方案。多鏡頭在垂直方向上分為上下兩層排布，可協(xié)同工作。

此外，團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)了輕量化的小目標(biāo)檢測(cè)與全景圖像動(dòng)態(tài)捕捉技術(shù)，兼顧了嵌入式設(shè)備的低功耗與高精度需求，成功實(shí)現(xiàn)了多鏡頭協(xié)同的低功耗實(shí)時(shí)高分辨率全景拼接成像。這一技術(shù)的應(yīng)用，使得系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下仍能保持高效運(yùn)行，為智能化無(wú)人設(shè)備提供了可靠的技術(shù)支撐。

哈爾濱工程大學(xué)研發(fā)的這套高分辨率多模全景視覺(jué)系統(tǒng)不僅在智能船舶領(lǐng)域表現(xiàn)出色，還在環(huán)境監(jiān)測(cè)、自動(dòng)駕駛、智能交通等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用前景。該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于全國(guó)首艘科研試驗(yàn)船“海豚1”，并在多個(gè)企業(yè)的視覺(jué)航海感知系統(tǒng)、拖輪上的視覺(jué)自主靠離泊環(huán)境感知系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。

項(xiàng)目成員、哈爾濱工程大學(xué)智能學(xué)院教師曾薄文介紹，該系統(tǒng)在近三年的應(yīng)用中，成功預(yù)判并預(yù)警了數(shù)次因視野盲區(qū)所導(dǎo)致的船舶碰撞，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

未來(lái)，隨著無(wú)人船舶和自動(dòng)駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展，這套高分辨率多模全景視覺(jué)系統(tǒng)有望在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。例如，在自動(dòng)駕駛汽車(chē)中，高分辨率多模全景視覺(jué)系統(tǒng)可以幫助車(chē)輛實(shí)時(shí)感知周?chē)h(huán)境，避免交通事故；在智能交通系統(tǒng)中，該系統(tǒng)可以用于監(jiān)控交通流量，優(yōu)化交通管理。

哈爾濱工程大學(xué)研發(fā)的高分辨率多模全景視覺(jué)系統(tǒng)，不僅為船舶裝上了“智慧之眼”，也為海上航行安全提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障。

蔡成濤說(shuō)，這一系統(tǒng)的成功研發(fā)，標(biāo)志著我國(guó)在智能視覺(jué)感知領(lǐng)域取得了重要突破，未來(lái)有望在更多領(lǐng)域推動(dòng)智能化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們有理由相信，未來(lái)的海上航行將更加安全、高效。