WO2025224872A1 - 潜水機及びパイプラインの特定点位置推定方法 - Google Patents

潜水機及びパイプラインの特定点位置推定方法

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contour
outline
image
water
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紀幸 岡矢
厚市 福井
知 栗山
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
Kawasaki Motors Ltd
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
Kawasaki Jukogyo KK
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
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    • B63C11/48—Means for searching for underwater objects
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/20—Control system inputs
    • G05D1/22—Command input arrangements
    • G05D1/229—Command input data, e.g. waypoints

Definitions

  • This disclosure relates to a method for estimating the position of a specific point on a submersible vehicle and a pipeline.
  • Patent Document 1 discloses an autonomous underwater vehicle that uses a contour detector such as a profiling sonar to detect the contour of the top surface of a submarine pipeline, extracts an ellipse approximated by a group of points estimated to constitute the contour of the top surface of the submarine pipeline, and calculates the position coordinates of the uppermost point of the extracted ellipse as the position of a specific point, in order to determine the direction in which the underwater pipeline extends.
  • a contour detector such as a profiling sonar
  • the present disclosure therefore aims to provide an underwater vehicle and a method for estimating the position of a specific point on a pipeline that can accurately estimate the position of the specific point on the pipeline.
  • a submersible vehicle comprises a hull capable of navigating underwater, a propulsion system that generates thrust for propelling the hull, a camera installed on the hull that captures images of the bottom of the water, including a pipeline, a sonar installed on the hull that detects the contours of the bottom of the water, and a control device that controls the propulsion system.
  • the control device acquires images of the bottom of the water from the camera and the contour of the bottom of the water from the sonar, extracts a pair of contour lines corresponding to both widthwise edges of the pipeline from the image of the bottom of the water, extracts the pipeline contour, which is the contour of the portion of the bottom contour that falls between the pair of contour lines, and estimates the position of a specific point on the pipeline based on the shape of the extracted pipeline contour.
  • a method for estimating the position of a specific point on a pipeline extracts a pair of outlines corresponding to both widthwise edges of the pipeline from an image of the water bottom including the pipeline captured by a camera, extracts the pipeline outline, which is the outline of the portion of the water bottom detected by sonar that falls between the pair of outlines, and estimates the position of the specific point on the pipeline based on the shape of the extracted pipeline outline.
  • the above configuration and method enable the position of a specific point on a pipeline to be estimated with high accuracy.
  • FIG. 1 is a side view of a submarine vehicle.
  • FIG. 2 is a plan view of the submarine vehicle.
  • FIG. 3 is a block diagram of the control system of the submersible vehicle.
  • FIG. 4 is a flow diagram of the specific point position estimation program.
  • FIG. 5(a) is a diagram showing an example of an image of the bottom of the water
  • FIG. 5(b) is a diagram showing an image of a pair of contour lines extracted from FIG. 5(a).
  • FIG. 6(a) is a diagram showing an example of the contour of the bottom of the water
  • FIG. 6(b) is a diagram showing an image obtained by superimposing FIG. 5(b) and FIG. 6(a).
  • Fig. 1 is a side view of the submersible vehicle 100
  • Fig. 2 is a plan view of the submersible vehicle 100.
  • the submersible vehicle 100 according to this embodiment is an autonomous underwater vehicle (AUV).
  • the submersible vehicle 100 is not limited to an autonomous underwater vehicle.
  • the submersible vehicle 100 of this embodiment travels along a pipeline 101 laid on the seabed, collecting position data of the pipeline 101 and performing non-contact inspections. Note that the "seabed” includes the seabed and lakebed.
  • the submersible vehicle 100 of this embodiment estimates the positions of specific points, such as the highest point of the pipeline 101. Once the highest point of the pipeline 101 is determined, the submersible vehicle 100 can travel along the pipeline 101.
  • the submarine 100 comprises a hull 11, a propulsion system 12, a camera 13, and a sonar 14. These components will be explained in order below.
  • the hull 11 is configured to be able to navigate underwater.
  • the left and right sides of the paper are the front and rear of the hull 11, respectively, and the top and bottom sides of the paper are the top and bottom sides of the hull 11, respectively.
  • the left and right sides of the paper are the front and rear of the hull 11, respectively, and the top and bottom sides of the paper are the right and left sides of the hull 11, respectively.
  • the hull 11 navigates forward.
  • the fore-and-aft direction of the hull 11 and the extension direction of the pipeline 101 are parallel.
  • the propulsion system 12 generates thrust for propelling the hull 11.
  • the propulsion system 12 includes a main propulsion thruster 31 that generates forward thrust and two horizontal thrusters 32 (front and rear) that apply lateral forces to the hull 11.
  • the propulsion system 12 also includes two vertical thrusters 33 (front and rear) that apply vertical forces to the hull 11.
  • the propulsion system 12 also includes a steering device (not shown) that can change the course of the hull 11. This allows the propulsion system 12 to propel the hull 11 in any direction and at any attitude.
  • the propulsion system 12 is not limited to the above configuration.
  • the propulsion system 12 may include an oscillating thruster that can change the direction of thrust generation in addition to generating thrust.
  • the camera 13 is a device capable of capturing images of the bottom of the water.
  • the camera 13 is installed in the front portion of the underside of the hull 11, as shown in Fig. 1 .
  • the camera 13 is located in the center of the hull 11 in the left-right direction.
  • the imaging range of the camera 13 in this embodiment includes the bottom of the water diagonally forward and below the hull 11. Therefore, when the hull 11 navigates along the pipeline 101, the imaging range of the camera 13 includes the pipeline 101.
  • the sonar 14 is a device that acquires information about the bottom of the water using sound waves.
  • the sonar 14 is, for example, a profiling sonar.
  • the sonar 14 of this embodiment can detect the contour of the bottom of the water, including the pipeline 101.
  • the sonar 14 is installed in the front part of the underside of the hull 11.
  • the sonar 14 is located in the center of the hull 11 in the left-right direction.
  • the sonar 14 emits acoustic beams 41 radially (in a fan shape) when viewed from above and below. Also, as shown in Figure 1, the sonar 14 emits each acoustic beam 41 diagonally downward and forward. In other words, the sonar 14 emits acoustic beams 41 toward a portion of the pipeline 101 that is forward of the hull 11. Therefore, when the hull 11 navigates along the pipeline 101, the detection range of the sonar 14 includes the pipeline 101. In this embodiment, all or part of the imaging range of the camera 13 overlaps with the detection range of the sonar 14.
  • the acoustic beam 41 emitted from the sonar 14 is reflected by the bottom of the water (the surface of the bottom of the water and the surface of any objects located on the bottom of the water).
  • the time it takes for the reflected wave to return to the sonar 14 after the acoustic beam 41 is emitted varies depending on the height of the bottom of the water. Therefore, the contour of the bottom of the water can be detected based on this time.
  • each point at which the acoustic beam 41 is reflected from the bottom of the water is a detection point, and the contour of the bottom of the water can be detected by piecing together the detection results from these detection points.
  • the sonar 14 in this embodiment detects the contour of the bottom of the water as multiple points (see Figure 6(a)), the sonar 14 may also detect the contour of the bottom of the water as a line.
  • Fig. 3 is a block diagram of the control system of the submersible vehicle 100 according to this embodiment.
  • the submersible vehicle 100 is equipped with a control device 15.
  • the control device 15 of this embodiment is mounted on the submersible vehicle 100.
  • part or all of the control device 15 may be mounted on equipment other than the submersible vehicle 100, and the submersible vehicle 100 may be communicably connected to the control device 15 via a network, for example.
  • the control device 15 is a device that performs various types of calculation processing and controls various devices.
  • the control device 15 has a processor, volatile memory, non-volatile memory, an I/O interface, etc.
  • the non-volatile memory of the control device 15 stores various programs, including the specific point position estimation program described below, and the processor performs calculation processing using the volatile memory based on each program.
  • the control device 15 of this embodiment is communicatively connected to the propulsion system 12, and can adjust the attitude, navigation direction, and navigation speed of the hull 11 by sending control signals to the propulsion system 12.
  • the control device 15 is also communicatively connected to the camera 13, and can acquire images captured by the camera 13.
  • the control device 15 is also communicatively connected to the sonar 14, and can acquire the contours of the water bottom from the sonar 14.
  • circuits or processing circuits including general-purpose processors, special-purpose processors, integrated circuits, ASICs (Application Specific Integrated Circuits), conventional circuits, and/or combinations thereof, configured or programmed to perform the disclosed functions.
  • Processors are considered processing circuits or circuits because they include transistors and other circuitry.
  • a circuit, unit, or means is hardware that performs the recited functions or hardware that is programmed to perform the recited functions.
  • the hardware may be hardware disclosed herein or other known hardware that is programmed or configured to perform the recited functions. Where the hardware is a processor, which is considered a type of circuit, the circuit, means, or unit is a combination of hardware and software, and the software is used to configure the hardware and/or processor.
  • Fig. 4 is a flow diagram of the specific point position estimation program.
  • the specific point position estimation program is a program that estimates the position of a specific point of the pipeline 101.
  • the cross section of the pipeline 101 is circular, and the specific point is the uppermost point (top) of the pipeline 101.
  • the specific point is not limited to the uppermost point of the pipeline 101, and may be, for example, the center point of the cross section of the pipeline 101.
  • control device 15 first acquires an image of the water bottom from the camera 13 and acquires the contours of the water bottom from the sonar 14 (step S1).
  • FIG. 5(a) is a diagram showing an example of an image of the water bottom acquired by the control device 15 from the camera 13.
  • the image of the water bottom in FIG. 5(a) includes a pipeline 101 as well as an obstacle 102 located near the pipeline 101.
  • Figure 6(a) is a diagram showing an example of the contour of the water bottom acquired by the control device 15 from the sonar 14.
  • Figure 6(a) also shows a contour image 42, which is an image of the contour of the water bottom.
  • the control device 15 may acquire the contour image 42 as the contour of the water bottom from the sonar 14, or may generate the contour image 42 by imaging the data of the contour of the water bottom acquired from the sonar 14.
  • the black circles in Figure 6(a) correspond to each detection point of the sonar 14.
  • the left-right position of the black circles in Figure 6(a) corresponds to the left-right position of the corresponding detection point.
  • the up-down position of the black circles in Figure 6(a) corresponds to the proximity of the corresponding detection point to the sonar 14, in other words, the up-down position.
  • the contour of the water bottom in Figure 6(a) includes two convex portions. Of these, the convex portion in the center in the left-right direction corresponds to the contour of the pipeline 101, and the convex portion to the right of the center in the left-right direction corresponds to the contour of the obstacle 102 (see Figure 5(a)). However, based on only the contour image 42 in Figure 6(a), the control device 15 cannot determine which part of the contour of the water bottom in Figure 6(a) corresponds to the contour of the pipeline 101.
  • FIG. 5(b) is a diagram showing an image 52 (hereinafter referred to as the "outline image") of the pair of outlines 51 extracted from the image shown in Figure 5(a).
  • the boundary between the object and the background can be detected from the difference in brightness between adjacent parts in the image of the water bottom shown in Figure 5(a), and the detected boundary can be approximated linearly using the least squares method to obtain a straight line as the outline 51.
  • the control device 15 extracts a pipeline contour 43 corresponding to the contour of the pipeline 101 from the contour of the water bottom acquired in step S1 (step S3).
  • the control device 15 extracts the contour of the portion of the water bottom contour acquired in step S1 that falls between the pair of outline lines 51 as the pipeline contour 43.
  • the contour image 52 in Figure 5(b) is superimposed on the contour image 42 in Figure 6(a).
  • the contour that is located between the pair of outline lines 51 is extracted as the pipeline contour 43.
  • the relative positions of the two images 42, 52 are adjusted, and the sizes of the two images 42, 52 are also adjusted, so that the detection range of the sonar 14 in the outline image 52 matches the range of the bottom contour in the contour image 42.
  • the contour image 42 is moved downward by a predetermined displacement amount, and the contour image 42 is reduced by a predetermined magnification.
  • the above-mentioned adjustments of the relative positions and size may be omitted by setting the installation location and angle of view of the camera 13 in advance.
  • the control device 15 estimates the position of the specific point of the pipeline 101 (step S4).
  • the uppermost point position which is the position of the specific point of the pipeline 101, is estimated based on the shape of the pipeline outline 43 extracted in step S3. Specifically, as shown by the dashed line in Figure 6(b), the least squares method is used to extract an ellipse 44 that is approximated by the pipeline outline 43, and the position of the uppermost point of the extracted ellipse 44 is estimated to be the position of the uppermost point of the pipeline 101. Note that the above ellipse 44 may also be a circle. After step S4, the process returns to step S1 and each step is repeated.
  • the above is an explanation of the specific point position estimation program.
  • the control device 15 of the submersible vehicle 100 controls the propulsion system 12 so that the hull 11 passes over the highest point of the pipeline 101 estimated by this specific point position estimation program. This allows the submersible vehicle 100 to move along the pipeline 101.
  • the pipeline contour 43 is extracted from the contour of the bottom of the water using an image of the bottom of the water, and the position of a specific point on the pipeline 101 is estimated based on the extracted pipeline contour 43. Therefore, even if an obstacle 102 is located near the pipeline 101, the position of the specific point on the pipeline 101 can be estimated with high accuracy.
  • the first item disclosed in this specification is a submersible vehicle comprising a hull capable of navigating underwater, a propulsion system that generates thrust for propelling the hull, a camera installed on the hull that images the bottom of the water including a pipeline, a sonar installed on the hull that detects the contours of the bottom of the water, and a control device that controls the propulsion system, wherein the control device acquires an image of the bottom of the water from the camera and acquires the contour of the bottom of the water from the sonar, extracts a pair of outlines corresponding to both widthwise edges of the pipeline from the image of the bottom of the water, extracts a pipeline outline which is the outline of the portion of the bottom outline that is between the pair of outlines, and estimates the position of a specific point of the pipeline based on the shape of the extracted pipeline outline.
  • the pipeline outline is extracted from the contour of the waterbed, and the position of the specific point is estimated based on the shape of the extracted pipeline outline, allowing the position of the specific point on the pipeline to be estimated with high accuracy.
  • the second item disclosed in this specification is the submersible vehicle described in the first item, in which the control device superimposes a contour image that visualizes the contour of the water bottom with an outline image that is an image of the pair of outline lines, and extracts the contour of the portion of the contour of the water bottom that is located between the pair of outline lines as the pipeline contour.
  • This configuration makes it easy to extract the pipeline outline from the contours of the water bottom.
  • the third item disclosed in this specification is the submersible vehicle described in the second item, in which the control device superimposes the contour image and the outline image so that the sonar detection range in the outline image matches the range of the contour of the water bottom in the contour image.
  • This configuration allows for accurate extraction of the pipeline contour.
  • the fourth item disclosed in this specification is a submersible vehicle described in any one of the first to third items, in which the control device controls the propulsion system so that the hull passes over the estimated specific point position of the pipeline.
  • This configuration allows the submersible to navigate accurately along the pipeline.
  • the fifth item disclosed in this specification is a method for estimating the position of a specific point on a pipeline, which involves extracting a pair of outlines corresponding to both widthwise edges of a pipeline from an image of the water bottom including the pipeline captured by a camera, extracting a pipeline outline, which is the outline of the portion of the water bottom outline detected by sonar that is between the pair of outlines, and estimating the position of the specific point on the pipeline based on the shape of the extracted pipeline outline.
  • This method extracts the pipeline outline from the contour of the water bottom and estimates the position of specific points based on the shape of the extracted pipeline outline, allowing for accurate estimation of the position of specific points on the pipeline.

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Abstract

本開示の一態様に係る潜水機は、水中を航行可能な艇体と、前記艇体を航行させるための推力を発生する推進システムと、前記艇体に設置され、パイプラインを含む水底を撮像するカメラと、前記艇体に設置され、前記水底の輪郭を検出するソナーと、前記推進システムを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記カメラから前記水底の画像を取得するとともに、前記ソナーから前記水底の輪郭を取得し、前記水底の画像から前記パイプラインの幅方向両端縁に相当する一対の外郭線を抽出し、前記水底の輪郭のうち前記一対の外郭線の間にあたる部分の輪郭であるパイプライン輪郭を抜き出し、抜き出した前記パイプライン輪郭の形状に基づいて前記パイプラインの特定点位置を推定する。

Description

潜水機及びパイプラインの特定点位置推定方法
　本開示は、潜水機及びパイプラインの特定点位置推定方法に関する。
　下記の特許文献１には、水中のパイプラインがどのような方向に延在しているかを把握するために、プロファイリングソナーなどの輪郭検出器によって海底パイプラインの上面の輪郭を検出し、海底パイプラインの上面の輪郭を構成すると推定される点群で近似される楕円を抽出し、抽出した楕円の最上点の位置座標を特定点の位置として算出する自律型無人潜水機が開示されている。
特開２０２２－１５８３５９号公報
　水底の輪郭を検出してパイプラインの最上点位置などの特定点位置を推定する場合、パイプラインの周辺に岩などの障害物があると、その障害物の輪郭もパイプラインの輪郭の一部であると認識し、パイプラインの特定点位置を正しく推定できないおそれがある。一方、カメラで撮像した画像からパイプラインの特定点位置を推定する方法も考えられる。ところが、カメラで撮像した画像からは距離が得られないため、パイプラインの特定点位置を正しく推定できない。
　そこで、本開示は、パイプラインの特定点位置を精度よく推定できる潜水機及びパイプラインの特定点位置推定方法を提供することを目的としている。
　本開示の一態様に係る潜水機は、水中を航行可能な艇体と、前記艇体を航行させるための推力を発生する推進システムと、前記艇体に設置され、パイプラインを含む水底を撮像するカメラと、前記艇体に設置され、前記水底の輪郭を検出するソナーと、前記推進システムを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記カメラから前記水底の画像を取得するとともに、前記ソナーから前記水底の輪郭を取得し、前記水底の画像から前記パイプラインの幅方向両端縁に相当する一対の外郭線を抽出し、前記水底の輪郭のうち前記一対の外郭線の間にあたる部分の輪郭であるパイプライン輪郭を抜き出し、抜き出した前記パイプライン輪郭の形状に基づいて前記パイプラインの特定点位置を推定する。
　本開示の一態様に係るパイプラインの特定点位置推定方法は、カメラで撮像したパイプラインを含む水底の画像から前記パイプラインの幅方向両端縁に相当する一対の外郭線を抽出し、ソナーで検出した前記水底の輪郭のうち前記一対の外郭線の間にあたる部分の輪郭であるパイプライン輪郭を抜き出し、抜き出した前記パイプライン輪郭の形状に基づいて前記パイプラインの特定点位置を推定する。
　上記の構成及び方法によれば、パイプラインの特定点位置を精度よく推定できる。
図１は、潜水機の側面図である。 図２は、潜水機の平面図である。 図３は、潜水機の制御系のブロック図である。 図４は、特定点位置推定プログラムのフロー図である。 図５（ａ）は水底の画像の一例を示す図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）から抽出した一対の外郭線の画像を示す図である。 図６（ａ）は水底の輪郭の一例を示す図であり、図６（ｂ）は図５（ｂ）と図６（ａ）を重ね合わせた画像を示す図である。
　（全体構成）
　以下、実施形態について説明する。まず、潜水機１００の全体構成を説明する。図１は潜水機１００の側面図であり、図２は潜水機１００の平面図である。本実施形態に係る潜水機１００は、自律型無人潜水機（ＡＵＶ：Autonomous Underwater Vehicle）である。ただし、潜水機１００は、自律型無人潜水機に限定されない。
　本実施形態に係る潜水機１００は、水底に敷設されたパイプライン１０１に沿って航行しながらパイプライン１０１の位置データの収集や非接触検査等を行う。なお、「水底」には、海底及び湖底が含まれる。本実施形態の潜水機１００では、パイプライン１０１の最上点位置などの特定点位置を推定する。パイプライン１０１の最上点位置を把握できれば、潜水機１００はパイプライン１０１に沿って航行することができる。
　図１に示すように、潜水機１００は、艇体１１と、推進システム１２と、カメラ１３と、ソナー１４と、を備えている。以下、これらの構成要素について順に説明する。
　＜艇体＞
　艇体１１は水中を航行できるように構成されている。図１の紙面左方及び紙面右方がそれぞれ艇体１１の前方及び後方であり、紙面上方及び紙面下方がそれぞれ艇体１１の上方及び下方である。さらに、図２の紙面左方及び紙面右方がそれぞれ艇体１１の前方及び後方であり、紙面上方及び紙面下方がそれぞれ艇体１１の右方及び左方である。通常時、艇体１１は前方に向かって航行する。艇体１１がパイプライン１０１に沿って航行する際には、艇体１１の前後方向とパイプライン１０１の延在方向が平行となる。
　＜推進システム＞
　推進システム１２は、艇体１１を航行させるための推力を発生するシステムである。図１に示すように、推進システム１２は、前方への推力を発生する主推進用スラスタ３１、及び、艇体１１に左右方向の力を加える前後２つの水平スラスタ３２を含んでいる。また、図２に示すように、推進システム１２は、艇体１１に上下方向の力を加える前後２つの垂直スラスタ３３を含んでいる。さらに、推進システム１２は、艇体１１の進路を変更可能な図外の舵装置を含んでいる。これにより、推進システム１２は、艇体１１を任意の姿勢で任意の方向に向かって航行させることができる。ただし、推進システム１２は、上記の構成に限定されず、例えば推力を発生させることに加えて、推力の発生方向を変更できる首振り式のスラスタを含んでいてもよい。
　＜カメラ＞
　カメラ１３は、水底を撮像可能な機器である。本実施形態のカメラ１３は、図１に示すように艇体１１の下面の前方部分に設置されている。また、図２に示すように、カメラ１３は、艇体１１の左右方向中央に位置している。本実施形態におけるカメラ１３の撮像範囲には艇体１１よりも下方斜め前方の水底が含まれる。したがって、艇体１１がパイプライン１０１に沿って航行する場合には、カメラ１３の撮像範囲にはパイプライン１０１が含まれる。
　＜ソナー＞
　ソナー１４は、音波を用いて水底の情報を取得する機器である。ソナー１４は、例えば、プロファイリングソナーである。本実施形態のソナー１４は、パイプライン１０１を含む水底の輪郭を検出することができる。図１に示すように、ソナー１４は艇体１１の下面の前方部分に設置されている。また、図２に示すように、ソナー１４は、艇体１１の左右方向中央に位置している。
　図２に示すように、ソナー１４は音響ビーム４１を上下方向から見て放射状に（扇形状に）放出する。また、図１に示すように、ソナー１４は下方斜め前方に各音響ビーム４１を放出する。つまり、ソナー１４は、パイプライン１０１の艇体１１よりも前方の部分に向かって音響ビーム４１を放出する。したがって、艇体１１がパイプライン１０１に沿って航行する場合、ソナー１４の検出範囲にはパイプライン１０１が含まれる。本実施形態では、カメラ１３の撮像範囲の全部又は一部が、ソナー１４の検出範囲と重複する。
　ソナー１４から放出された音響ビーム４１は、水底（水底面及び水底に位置する物体の表面）で反射する。音響ビーム４１を放出してから反射波がソナー１４に戻るまでの時間は水底の高さによって異なる。そのため、この時間に基づけば、水底の輪郭を検出することができる。本実施形態では、水底の音響ビーム４１が反射する点がそれぞれ検出点であり、これらの検出点の検出結果をつなぎ合わせることで、水底の輪郭を検出することができる。なお、本実施形態のソナー１４は、水底の輪郭を複数の点として検出するが（図６（ａ）参照）、ソナー１４は、水底の輪郭を線として検出してもよい。
　（制御系の構成）
　次に、潜水機１００の制御系の構成について説明する。図３は、本実施形態に係る潜水機１００の制御系のブロック図である。図３に示すように、潜水機１００は、制御装置１５を備えている。本実施形態の制御装置１５は、潜水機１００に搭載されている。ただし、制御装置１５の一部又は全部が潜水機１００以外の設備に搭載されており、潜水機１００が例えばネットワークを介して制御装置１５と通信可能に接続されていてもよい。
　制御装置１５は、種々の演算処理を行うとともに、各種の機器を制御する装置である。制御装置１５は、プロセッサ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、及び、Ｉ／Ｏインターフェース等を有している。制御装置１５の不揮発性メモリには、後述する特定点位置推定プログラムを含む種々のプログラムが保存されており、プロセッサが各プログラムに基づき揮発性メモリを用いて演算処理を行う。
　図３に示すように、本実施形態の制御装置１５は、推進システム１２と通信可能に接続されており、推進システム１２に制御信号を送信することにより、艇体１１の姿勢、航行方向、及び、航行速度を調整することができる。また、制御装置１５は、カメラ１３と通信可能に接続されており、カメラ１３が撮像した画像を取得することができる。さらに、制御装置１５は、ソナー１４と通信可能に接続されており、ソナー１４から水底の輪郭を取得することができる。
　本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuits)、従来の回路、および／または、それらの組合せ、を含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本開示において、回路、ユニット、または手段は、列挙された機能を実行するハードウェアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段、またはユニットはハードウェアとソフトウェアの組合せであり、ソフトウェアはハードウェアおよび／またはプロセッサの構成に使用される。
　（特定点位置推定プログラム）
　次に、制御装置１５が実行する特定点位置推定プログラムについて説明する。図４は、特定点位置推定プログラムのフロー図である。特定点位置推定プログラムは、パイプライン１０１の特定点位置を推定するプログラムである。本実施形態では、パイプライン１０１の断面は円形であり、特定点はパイプライン１０１の最上点（頂部）とする。ただし、特定点はパイプライン１０１の最上点に限定されず、例えばパイプライン１０１の断面中心点等であってもよい。
　図４に示すように、特定点位置推定プログラムが開始されると、はじめに制御装置１５は、カメラ１３から水底の画像を取得するとともに、ソナー１４から水底の輪郭を取得する（ステップＳ１）。
　図５（ａ）は、制御装置１５がカメラ１３から取得した水底の画像の一例を示す図である。図５（ａ）の水底の画像には、パイプライン１０１が含まれているとともに、パイプライン１０１の近傍に位置する障害物１０２が含まれている。
　図６（ａ）は、制御装置１５がソナー１４から取得した水底の輪郭の一例を示す図である。また、図６（ａ）は、水底の輪郭を画像化した輪郭画像４２である。制御装置１５は、ソナー１４から水底の輪郭として輪郭画像４２を取得してもよく、ソナー１４から取得した水底の輪郭のデータを画像化して輪郭画像４２を生成してもよい。図６（ａ）の黒丸はソナー１４の各検出点に対応している。図６（ａ）における黒丸の左右方向位置は、対応する検出点の左右方向位置に相当する。また、図６（ａ）における黒丸の上下方向位置は、対応する検出点のソナー１４までの距離の近さ、つまり上下方向位置に相当する。
　図６（ａ）中の水底の輪郭には２つの凸部が含まれている。このうち、左右方向中央の凸部はパイプライン１０１の輪郭に相当し、左右方向中央よりも右側の凸部は障害物１０２（図５（ａ）参照）の輪郭に相当する。ただし、図６（ａ）の輪郭画像４２のみでは、制御装置１５は、図６（ａ）中の水底の輪郭のうちどの部分がパイプライン１０１の輪郭に相当するかを判断できない。
　続いて、制御装置１５は、ステップＳ１で取得した水底の画像からパイプライン１０１の幅方向両端縁に相当する一対の外郭線５１を抽出する（ステップＳ２）。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す画像から抽出した一対の外郭線５１の画像（以下、「外郭線画像」と称する）５２を示した図である。例えば、図５（ａ）に示す水底の画像において隣接する部分の輝度の差から物体と背景の境界を検出し、最小二乗法を利用して、検出した境界を直線近似して得た直線を外郭線５１としてもよい。
　続いて、制御装置１５は、ステップＳ１で取得した水底の輪郭からパイプライン１０１の輪郭に相当するパイプライン輪郭４３を抜き出す（ステップＳ３）。本実施形態では、制御装置１５は、ステップＳ１で取得した水底の輪郭のうち一対の外郭線５１の間にあたる部分の輪郭をパイプライン輪郭４３として抜き出す。具体的は、図６（ｂ）で示すように、図５（ｂ）の外郭線画像５２と、図６（ａ）の輪郭画像４２を重ね合わせる。そして、輪郭画像４２における水底の輪郭のうち一対の外郭線５１の間に位置する輪郭（図６（ｂ）の白丸で形成された部分）をパイプライン輪郭４３として抜き出す。
　なお、輪郭画像４２と外郭線画像５２を重ね合わせるにあたり、外郭線画像５２中におけるソナー１４の検出範囲と輪郭画像４２中における水底の輪郭の範囲が一致するように、両画像４２、５２の相対位置を調整するとともに、両画像４２、５２の大きさを調整する。本実施形態では、輪郭画像４２を下方に予め定めた変位量の分だけ移動させるとともに、輪郭画像４２を予め定めた倍率で縮小する。ただし、予めカメラ１３の設置場所や画角を設定することにより、上述した相対位置の調整や大きさの調整を省略してもよい。
　続いて、制御装置１５は、パイプライン１０１の特定点位置を推定する（ステップＳ４）。本実施形態では、ステップＳ３で抜き出したパイプライン輪郭４３の形状に基づいてパイプライン１０１の特定点位置である最上点位置を推定する。具体的には、図６（ｂ）の破線で示すように、最小二乗法を使用して、パイプライン輪郭４３で近似される楕円４４を抽出し、抽出した楕円４４の最上点の位置を、パイプライン１０１の最上点の位置であると推定する。なお、上記の楕円４４は、円であってもよい。ステップＳ４を経た後は、ステップＳ１に戻って各ステップを繰り返す。
　以上が、特定点位置推定プログラムの説明である。なお、本実施形態に係る潜水機１００の制御装置１５は、この特定点位置推定プログラムにより推定したパイプライン１０１の最上点位置上を艇体１１が通過するように、推進システム１２を制御する。これにより、潜水機１００は、パイプライン１０１に沿って移動することができる。
　以上のとおり、本実施形態では、水底の画像を用いて水底の輪郭からパイプライン輪郭４３を抜き出し、抜き出したパイプライン輪郭４３に基づいてパイプライン１０１の特定点位置を推定するため、パイプライン１０１の近傍に障害物１０２が位置していても、精度よくパイプライン１０１の特定点位置を推定することができる。
　（まとめ）
　本明細書で開示する第１の項目は、水中を航行可能な艇体と、前記艇体を航行させるための推力を発生する推進システムと、前記艇体に設置され、パイプラインを含む水底を撮像するカメラと、前記艇体に設置され、前記水底の輪郭を検出するソナーと、前記推進システムを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記カメラから前記水底の画像を取得するとともに、前記ソナーから前記水底の輪郭を取得し、前記水底の画像から前記パイプラインの幅方向両端縁に相当する一対の外郭線を抽出し、前記水底の輪郭のうち前記一対の外郭線の間にあたる部分の輪郭であるパイプライン輪郭を抜き出し、抜き出した前記パイプライン輪郭の形状に基づいて前記パイプラインの特定点位置を推定する、潜水機である。
　この構成によれば、水底の輪郭からパイプライン輪郭を抜き出し、抜き出したパイプライン輪郭の形状に基づいて特定点位置を推定するため、パイプラインの特定点位置を精度よく推定できる。
　本明細書で開示する第２の項目は、前記制御装置は、前記水底の輪郭を画像化した輪郭画像と前記一対の外郭線の画像である外郭線画像を重ね合わせ、前記水底の輪郭のうち前記一対の外郭線の間に位置する部分の輪郭を前記パイプライン輪郭として抜き出す、第１の項目に記載の潜水機である。
　この構成によれば、水底の輪郭からパイプライン輪郭を容易に抜き出すことができる。
　本明細書で開示する第３の項目は、前記制御装置は、前記輪郭画像と前記外郭線画像を重ね合わせるにあたり、前記外郭線画像中における前記ソナーの検出範囲と前記輪郭画像における前記水底の輪郭の範囲が一致するように前記輪郭画像と前記外郭線画像を重ね合わせる、第２の項目に記載の潜水機である。
　この構成によれば、パイプライン輪郭の抜出しを精度よく行うことができる。
　本明細書で開示する第４の項目は、前記制御装置は、推定した前記パイプラインの特定点位置上を前記艇体が通過するように、前記推進システムを制御する、第１乃至第３の項目のうちいずれか一の項目に記載の潜水機である。
　この構成によれば、パイプラインに沿った潜水機の航行を正確に実施できる。
　本明細書で開示する第５の項目は、カメラで撮像したパイプラインを含む水底の画像から前記パイプラインの幅方向両端縁に相当する一対の外郭線を抽出し、ソナーで検出した前記水底の輪郭のうち前記一対の外郭線の間にあたる部分の輪郭であるパイプライン輪郭を抜き出し、抜き出した前記パイプライン輪郭の形状に基づいて前記パイプラインの特定点位置を推定する、パイプラインの特定点位置推定方法である。
　この方法によれば、水底の輪郭からパイプライン輪郭を抜き出し、抜き出したパイプライン輪郭の形状に基づいて特定点位置を推定するため、パイプラインの特定点位置を精度よく推定できる。
１１　艇体
１２　推進システム
１３　ソナー
１４　カメラ
１５　制御装置
４２　輪郭画像
４３　パイプライン輪郭
５１　外郭線
５２　外郭線画像
１００　潜水機
１０１　パイプライン
 

Claims (5)

  1. 　水中を航行可能な艇体と、
    　前記艇体を航行させるための推力を発生する推進システムと、
    　前記艇体に設置され、パイプラインを含む水底を撮像するカメラと、
    　前記艇体に設置され、前記水底の輪郭を検出するソナーと、
    　前記推進システムを制御する制御装置と、を備え、
    　前記制御装置は、前記カメラから前記水底の画像を取得するとともに、前記ソナーから前記水底の輪郭を取得し、前記水底の画像から前記パイプラインの幅方向両端縁に相当する一対の外郭線を抽出し、前記水底の輪郭のうち前記一対の外郭線の間にあたる部分の輪郭であるパイプライン輪郭を抜き出し、抜き出した前記パイプライン輪郭の形状に基づいて前記パイプラインの特定点位置を推定する、潜水機。
  2. 　前記制御装置は、前記水底の輪郭を画像化した輪郭画像と前記一対の外郭線の画像である外郭線画像を重ね合わせ、前記水底の輪郭のうち前記一対の外郭線の間に位置する部分の輪郭を前記パイプライン輪郭として抜き出す、請求項１に記載の潜水機。
  3. 　前記制御装置は、前記輪郭画像と前記外郭線画像を重ね合わせるにあたり、前記外郭線画像中における前記ソナーの検出範囲と前記輪郭画像における前記水底の輪郭の範囲が一致するように前記輪郭画像と前記外郭線画像を重ね合わせる、請求項２に記載の潜水機。
  4. 　前記制御装置は、推定した前記パイプラインの特定点位置上を前記艇体が通過するように、前記推進システムを制御する、請求項１に記載の潜水機。
  5. 　カメラで撮像したパイプラインを含む水底の画像から前記パイプラインの幅方向両端縁に相当する一対の外郭線を抽出し、ソナーで検出した前記水底の輪郭のうち前記一対の外郭線の間にあたる部分の輪郭であるパイプライン輪郭を抜き出し、抜き出した前記パイプライン輪郭の形状に基づいて前記パイプラインの特定点位置を推定する、パイプラインの特定点位置推定方法。
     
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107274723A (zh) * 2017-05-25 2017-10-20 江苏大学 一种基于视觉处理的水面船只识别及预警的实现方法
JP2018203192A (ja) * 2017-06-09 2018-12-27 株式会社荏原製作所 水中ロボット制御システム及び水中ロボット制御方法
JP2019067018A (ja) * 2017-09-29 2019-04-25 日本精機株式会社 車両用表示装置
JP2020055477A (ja) * 2018-10-03 2020-04-09 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 複数の水中航走体の運用方法及び複数の水中航走体の運用システム
JP2021068244A (ja) * 2019-10-24 2021-04-30 横河電機株式会社 測定システムおよび測定方法
JP2022101979A (ja) * 2020-12-25 2022-07-07 株式会社デンソー 画像生成装置、画像生成方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107274723A (zh) * 2017-05-25 2017-10-20 江苏大学 一种基于视觉处理的水面船只识别及预警的实现方法
JP2018203192A (ja) * 2017-06-09 2018-12-27 株式会社荏原製作所 水中ロボット制御システム及び水中ロボット制御方法
JP2019067018A (ja) * 2017-09-29 2019-04-25 日本精機株式会社 車両用表示装置
JP2020055477A (ja) * 2018-10-03 2020-04-09 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 複数の水中航走体の運用方法及び複数の水中航走体の運用システム
JP2021068244A (ja) * 2019-10-24 2021-04-30 横河電機株式会社 測定システムおよび測定方法
JP2022101979A (ja) * 2020-12-25 2022-07-07 株式会社デンソー 画像生成装置、画像生成方法

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