Forward-looking sonar mosaicing for underwater environments

Abstract

Vehicle operations in underwater environments are frequently compromised by poor visibility conditions. In this thesis, we propose an end-to-end mosaicing framework tailored to the characteristics of forward-looking sonar imagery in order to build consistent overviews of planar underwater areas regardless of water visibility. Our solution targets versatility: it enables the generation of acoustic mosaics that involve roto-translational motions and comprise different vehicle tracklines, it is suitable for a wide range of scenarios, it can be applicable on data collected with minimally instrumented vehicles, and it allows both offline and real-time operation. To this end, we address the key problem of image registration on forward-looking sonar images and we provide solutions for the global alignment of the sonar frames along the trajectory as well as their blending into a smooth acoustic mosaic. To validate the full proposed framework, an extensive experimental section is reported showing successful results in relevant field applications.

Freqüentment, les operacions amb vehicles en entorns submarins estan condicionades a la visibilitat de l’aigua. En aquesta tesi, proposem un sistema complet per a la construcció de mapes subaquàtics adaptat a les característiques dels sonars de visió frontal, per tal de construir mosaics d’imatges acústiques independentment de la visibilitat de l’aigua. La solució proposada permet la generació de mapes que involucren moviments roto-translacionals i múltiples transectes, és adequada per un ampli ventall d’escenaris i permet la generació de mosaics tant en mode post-processat com en temps real. Proposem un nou mètode per al registre d'imatges d'aquest tipus de sonar, així com també solucions per a dur a terme l'alineament global de les imatges al llarg d'una trajectòria i per a fusionar les imatges en un mosaic acústic. Per tal de validar el funcionament de tot el sistema es presenten experiments demonstrant resultats satisfactòris en el marc d'aplicacions reals.