Contributions to Robot-based Vessel Visual Inspection

Abstract

[cat]El transport marítim és una de les maneres més efectives de transportar béns d’un lloc a l’altre del món. Encara que avui dia es realitzen grans esforços per tal d’evitar els accidents marítims, aquests encara ocorren i, de tant en tant, tenen conseqüències catastròfiques en termes ambientals, humans i/o econòmics. Els problemes estructurals causats per esquerdes i/o corrosió són la causa principal d’aquests accidents i, per això, els vaixells són sotmesos a ins-peccions periòdiques amb l’objectiu de garantir la seva integritat estructural. Per dur a terme una inspecció, els vaixells són buidats i portats a una drassana on s’instal·len bastides que permeten als inspectors arribar a les zones més altes de la seva estructura. Aquestes inspeccions es realitzen sovint en compartiments perillosos o de difícil accés. En termes econòmics, el procés pot suposar un desemborsament de fins a un milió de dòlars. Per tot això, qualsevol contribució que suposi una reducció en el temps/cost de la inspecció, o un increment en la seguretat dels operaris, està justificada. En aquesta tesi es proposen noves eines tecnològiques que pretenen contribuir al redisseny dels processos d’inspecció visual de vaixells. D’una banda, es proposa una nova plataforma robòtica aèria que permet a l’operari realitzar la ins-pecció del vaixell des d’una posició segura i còmoda. Aquesta plataforma consisteix en un dispositiu de fàcil ús que ha estat desenvolupat seguint el paradigma de l’Autonomia Supervisada, de tal manera que el vehicle s’encarrega de totes les tasques referents a la seguretat, mentre que l’operari proporciona les consignes de desplaçament i pot centrarse en el procés d’inspecció. D’altra banda, es proposen diversos algorismes basats en visió per a la detecció de defectes en l’estructura del vaixell. En primer lloc, es proposen diversos mètodes per a la detecció de corrosió, basats en la combinació de diferents descriptors de color i de textura. En segon lloc, es proposa un algorisme per a la detecció d’esquerdes que combina l’extracció de contorns amb un procés de creixement de regions. Finalment, s’avalua el concepte de notorietat per a la detecció de defectes genèrics, i per a la millora del rendiment dels detectors de corrosió i d’esquerdes. La plataforma robòtica i els detectors de defectes proposats han estat avaluats tant en laboratori com durant proves de camp realitzades a bord d’un vaixell real. Els resultats obtinguts permeten confirmar la utilitat i el bon rendiment de les diferents eines tecnològiques propostes.

[spa]El transporte marítimo es una de las maneras más efectivas de transportar mercancías de un lugar a otro del mundo. Aunque hoy en día se llevan a cabo muchos esfuerzos para evitar los accidentes marítimos, estos todavía ocurren y, de vez en cuando, tienen consecuencias catastróficas en términos ambientales, humanos y/o económicos. Los daños estructurales causados por grietas y/o corrosión son la causa principal de estos accidentes y, por ello, los barcos son sometidos a inspecciones periódicas con el objetivo de garantizar su integridad estructural. Para llevar a cabo una inspección, los barcos son vaciados y llevados a un astillero donde se instalan andamiajes para permitir a los inspectores alcanzar las zonas más altas de su estructura. Estas inspecciones se realizan muchas veces en entornos peligrosos o de difícil acceso. En términos económicos, el proceso puede suponer un desembolso de hasta un millón de dolares. Por todo ello, cualquier contribución que suponga una reducción en el tiempo/coste de la inspección, o un incremento en la seguridad de los operarios, está justificada. En esta tesis se proponen nuevas herramientas tecnológicas que pretenden contribuir al rediseño de los procesos de inspección visual de barcos. Por un lado, se propone una nueva plataforma robótica aérea que permite al operario realizar la inspección del barco desde una posición segura y cómoda. Esta plataforma consiste en un dispositivo de fácil manejo que ha sido desarrollado siguiendo el paradigma de la Autonomía Supervisada, de tal manera que el vehículo se encarga de todas las tareas referentes a la seguridad, mientras que el operario proporciona las consignas de desplazamiento y puede centrarse en el proceso de inspección. Por otro lado, se proponen diversos algoritmos basados en visión para la detección de defectos en la estructura del barco. En primer lugar, se proponen varios métodos para la detección de corrosión, basados en la combinación de diferentes descriptores de color y de textura. En segundo lugar, se propone un algoritmo para la detección de grietas que combina la extracción de contornos con un proceso de crecimiento de regiones. Finalmente, se evalúa el concepto de notoriedad para la detección de defectos genéricos, y para la mejora del rendimiento de los detectores de corrosión y de grietas. La plataforma robótica y los detectores de defectos propuestos han sido evaluados tanto en laboratorio como durante pruebas de campo realizadas a bordo de un barco real. Los resultados obtenidos permiten confirmar la utilidad y el buen rendimiento de las diferentes herramientas tecnológicas propuestas.

[eng]Vessels are nowadays one of the most cost effective ways to transport goods around the world. Despite the efforts to avoid maritime accidents, these still occur and, from time to time, have catastrophic consequences in environmental, human and/or economic terms. Structural failures caused by cracks and/or corrosion are the main cause of these accidents and, as such, vessels are submitted to periodical inspections in order to ensure their structural integrity. To carry out this task, vessels have to be emptied and situated in a dockyard where high scaffoldings are installed to allow the human inspectors to reach the highest parts of the vessel structure. Besides, the surveys are on many occasions performed in hazardous environments with difficult access. In economic terms, total expenses can reach up to one million dollars. Therefore, it is clear that any level of automation of the inspection process that can lead to a reduction of the inspection time, a reduction of the financial costs and/or an increase in the safety of the operation is fully justified. In this regard, this dissertation presents novel technological tools to contribute to re-engineering the process of vessel visual inspection. On the one hand, a novel aerial robotic platform is proposed to allow the surveyor to perform a proper inspection from a safe and comfortable position. It consists in an easy-to-use device which has been developed around the Supervised Autonomy paradigm, so that the vehicle is in charge of all the safety-related issues, while the surveyor provides the displacement commands and focuses on the inspection process. On the other hand, novel vision-based algorithms for defect detection on vessels structures are proposed. Firstly, several corrosion detection methods are described, based on the combination of different colour and texture descriptors. Secondly, a crack detection method, which combines edge detection with a region growing procedure, is proposed. Finally, the idea of saliency for detecting generic defects on vessel structures is evaluated, and also to improve the performance of the corrosion and crack detectors. The aerial platform and the defect detectors are evaluated both under laboratory conditions and during field tests performed on board real vessels. The results obtained allow to confirm the usability and the good performance of all the proposed technological tools.