Prosilica Kameras erkunden das Benthos

GigE-Vision Unterwasser
GigE-Vision in der Meeresforschung, Ozeanographie, Limnologie - Die Prosilica GE1380c, 1,4 Megapixel Machine-Vision-Kamera hilft bei der Forschung im Benthos (PresseBox) (München, ) Mit einem Exportvolumen bei Meeresfrüchten von insgesamt 2 Mrd. $ im Jahr 2006 – der Hälfte des gesamten Exportvolumens von Alaska – ist die Fischereiindustrie größter Arbeitgeber und eine der wichtigsten wirtschaftlichen Ressourcen Alaskas. Eine der wichtigsten Aufgaben des Alaska Department of Fish and Game (ADF&G), der Fischerei- und Jagdbehörde in Alaska, ist die nachhaltige Sicherstellung eines zur Bewirtschaftung geeigneten Überschusses bei den Fisch- und Wildbeständen des 49. US-Bundesstaats.

Suche nach einem System zur Bildüberwachung auf dem Meeresboden
1999 begann die ADF&G, Unterwasser-Videotechnologie zur Auswertung der Muschelbestände zu testen. Das Prototyp-System bestand aus einem Schlitten, auf dem ein Camcorder in einem Druckgehäuse und akkubetriebene Scheinwerfer angebracht waren und der von einem Schiff an der Wasseroberfläche geschleppt wurde. Das System erwies sich aus dreierlei Gründen als ungeeignet:

a) Bildqualität:
Die Camcorder-Lösung reichte nicht aus, um Muscheln mit einer Schalenhöhe unter 50 mm erkennen zu können.

b) Geringe Ausbeute an auswertbaren Bilddaten:
Hauptsächlich verursacht durch trübes Wasser oder technische Probleme.

c) Stromversorgung:
Da die Akkus wiederaufgeladen werden mussten, konnten Daten nur über begrenzte Zeiträume gesammelt werden.

Bei ihren Bemühungen, ein effektiveres Highspeed-Megapixel-Benthic-Bildverarbeitungssystem zu entwickeln, wandte sich die ADF&G an das ozeanografische Institut in Wood’s Hole, wo das erste Machine-Vision-Kamerasystem für Forschungszwecke im Bereich der Fischerei entwickelt worden war (HabCam Project). Dort empfahl man den Einsatz von Gigabit-Ethernet-Technologie.

Im Januar 2006 setzte sich die ADF&G mit Prosilica in Verbindung, und das Unternehmen empfahl seine GE1380C GigE Vision-Kamera. Die GE1380C ist eine kompakte 1,4-Megapixel-Digitalkamera mit Farbausgabe. Die Kamera verwendet den hochwertigen Sony ICX285 CCD-Sensor, der für eine hohe Empfindlichkeit, geringes Bildrauschen und hervorragende Bildqualität sorgt – selbst bei den schlechten Lichtverhältnissen in Tiefen von 40–140 m. Die Kamera liefert bis zu 20 Bilder pro Sekunde bei voller Auflösung und ist in der Lage, Daten mit einer konstanten Datenrate von 125 Megabyte pro Sekunde zu streamen. Die Gigabit-Ethernet-Schnittstelle funktioniert praktisch im Plug&Play-Betrieb und ermöglicht Anschlusskabel mit einer Länge von bis zu 100 m bei Verwendung herkömmlicher CAT-5e-Netzwerkkabel bzw. bis zu mehreren Kilometern bei Verwendung von Glasfaserkabeln.

Systemkonfiguration und Systemtests
Das von der ADF&G (Abb. 1) entwickelte System besteht aus einem Schleppschiff und einem Kameraschlitten. Bei dem System handelt es sich im Grunde um ein LAN mit zwei Gigabit-Ethernet-Switches, die über ein Glasfaserkabel verbunden sind. Ein Switch sitzt in einem Druckgehäuse auf dem Schlitten, der zweite befindet sich zusammen mit den Computern in einer Kabine an Bord Schleppschiffs. Die einzelnen Netzwerkkomponenten (Festplatten-Array, drei Computer, serielle Geräteschnittstelle, Sonar zur Erkennung von Hindernissen, Temperatursensor, Beschleunigungs- und Neigungssensor und Prosilica GE1380C) sind über standardmäßige CAT-5e-Kabel an die beiden Switches angeschlossen.

Jeder Switch ist an ein Paar bidirektionale Monomode-LWL-Medienwandler angeschlossen, die eine Datenübertragung über Entfernungen von zwei Kilometern und mehr ermöglichen. An den oberen Switch an Bord des Schiffes sind drei handelsübliche Standard-PCs angeschlossen: einer zur Fernsteuerung der GE1380C-Kamera und zur Speicherung der Aufnahmen, auf den anderen beiden läuft die von den ADF&G-Programmierern entwickelte Navigationssoftware. Außerdem zeichnen sie GPS-Daten auf und kommunizieren mit den seriellen Geräten auf dem Schlitten. Die GE1380C-Kamera, ausgestattet mit einem 8-mm-Objektiv mit fester Brennweite, sitzt in einem eigenen Druckgehäuse auf dem Schlitten und macht ihre Aufnahmen durch ein gewölbtes Glasfenster. Um bei einer Schleppgeschwindigkeit von 5–8,5 km/h und extrem schlechten Lichtverhältnissen noch klare Bilder zu erhalten, kommt Stroboskoplicht zum Einsatz.

Das System wurde erstmals im Juni 2006 an Bord der Pandalus getestet, ein zweiter Test folgte im Juni 2007 mit einem größeren, verbesserten Schlitten. Der neue Schlitten misst 3,5 x 1,8 m und wird auf zwei Kufen über den Boden gezogen. Zusätzlich wurden vier Stroboskoplampen in separaten Druckgehäusen um die Kamera herum angebracht, um den Aufnahmebereich vor den Kufen auszuleuchten. Während beider Testfahrten mit einer Gesamtdauer von zwölf Tagen wurden auf einer Strecke von 550 km rund 1,1 Millionen Bilder in Tiefen von 40–140 m aufgezeichnet. Die GE1380C lieferte bei einer Aufnahmegeschwindigkeit von vier Bildern pro Sekunde und einer Schleppgeschwindigkeit von 5–8,5 km/h hervorragende Ergebnisse – und das bei einer Auflösung von über 1 Pixel/mm, was die Erkennung von Objekten mit einer Größe von unter 50 mm bei den meisten Wasserbedingungen ermöglichte.

Nach mehreren Test hat sich das Schlittensystem, das ursprünglich für die Auswertung von Muschelbeständen entwickelt wurde, auch bei anderen Fischereianwendungen als äußerst nützlich erwiesen, etwa bei der Kartierung von Kleinstlebensräumen, beim Ground-Truthing akustischer Daten, bei Studien zur Meeresbodenökologie und bei der Untersuchung der Auswirkungen von Fischereiausrüstung.



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