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Sonne Expedition - FS Sonne SO239

Imaging die Abyss

31.03.2015, 09:48 von Benutzer Viola Siegler, Kommentare 1 Kommentar

Imaging die Abyss

44.000 Bilder: das ist die Ausbeute eines einzigen Tauchgangs mit dem Autonomen Unterwasser Fahrzeug “Abyss” und seiner neuen Kamera. Während der aktuellen Forschungsfahrt der FS Sonne sind sechs weitere dieser Kameratauchgänge geplant, aber, falls es die Zeit erlaubt werden es hoffentlich noch mehr.

Das brandneue System aus hochauflösender Kamera und sehr starken LED Blitzen erlaubt die Aufnahme von Bildern mit einer Auflösung von wenigen Millimetern pro Pixel aus einer Distanz von zehn Metern über dem Meeresboden. In Kombination mit dem eingebauten Fischaugen-Objektiv werden so Bilder erzeugt die eine enorm große Fläche von etwa 400 Quadratmetern abbilden.

Die Auswertung dieser Bilder ist eine Herausforderung, erstens, da Objekte aufgrund des Wassers blauer aussehen und da die große Distanz zum Meeresboden zu Unschärfe führt aber hauptsächlich Aufgrund der riesigen Menge an Bildern die angesehen werden müssen. Große Festplattenspeicher sind erforderlich um die Bilder aufzunehmen und die Verarbeitung dieser Rohdaten verlangt nach intelligenten Algorithmen und leistungsstarken Rechnern. Um diese Algorithmen zu bedienen sind Informatiker Teil des wissenschaftlichen Teams an Bord der Sonne. So ist es möglich, die große Datenmenge sofort und an Bord auszuwerten um die Ausbringung von anderen Geräten besser planen zu können.
Um Muster in den Bildern zu finden werden Methoden der Bildverarbeitung des Data Mining und des maschinellen Lernens angewendet. Das Ziel ist, Algorithmen zu verbessern und neu zu entwickeln die Einzelbilder zu Mosaiken zusammenfügen, 3D Modelle des Meeresbodens zu erstellen, automatisch nach interessanten Objekten zu suchen und hier an Bord vor allem die Experten aus anderen Disziplinen zu unterstützen um aus der großen Datenmenge biologische und geologische Informationen zu erhalten.

Für mich als Informatiker ist diese Fahrt eine einzigartige Gelegenheit um Teil des Datenaufnahme-Prozesses zu sein, die Herausforderungen der wissenschaftlichen Arbeit an Bord zu verstehen und um schnelles Feedback in Form von Visualisierungen auf Basis der Bilder zu liefern. Die Aufnahme der 44.000 Bilder war also nur der erste Schritt. Jetzt werden diese Bilder mit anderen Daten wie Koordinaten, Sonardaten und den Messwerten von anderen Geräten verknüpft um integrierte Karten zu erstellen die helfen werden die Prozesse am Meeresboden zu verstehen. Ich kann es kaum erwarten die nächsten 44.000 Bilder zu sehen.

Imaging die Abyss

kameratauchgang
Image taken during the first camera dive
Foto aus dem ersten Kameratauchgang

44,000 images: That is the result of one single dive with the camera-equipped Autonomous Underwater Vehicle called “Abyss”. During the current Cruise of FS Sonne, six of those camera dives are planned, but, time permitting, there will hopefully be even more.

The brand new high-resolution camera and strong LED lighting setup in “Abyss” allow acquiring images that show a resolution of some millimeters per pixel from ten meters away. In combination with the built in fish-eye lens, this creates images with an enormous footprint of around 400 square meters.

Analyzing those images is a challenge first because the colors of objects appear bluish and as the high distance from the camera to the seafloor leads to blurring but mostly because of the vast amount of images to look at. Big storage devices are required to hold the recorded data and processing the raw information to extract meaning demands for intelligent algorithms and a powerful compute infrastructure. To operate these algorithms, computer scientists are part of the science team aboard FS Sonne. That way, the parameters of the camera and lighting can be fine-tuned to improve the image quality. Also, the vast amounts of data can be analyzed immediately on-ship to guide following sampling efforts with other gear.

To find patterns in images, methods from image processing, data mining and machine learning are and will be employed. The goal is to improve and develop algorithms that fuse images to mosaics, create 3D models of the seafloor, look for interesting objects automatically and guide experts in analyzing the big data amounts to derive geologic information about the habitat and biologic information about its inhabitants.

As a computer scientist, this cruise is a unique opportunity to be part of the marine data acquisition process, understand the challenges that streamline the scientific processes on board and to give instant feedback by being able to process, analyze and, most importantly, visualize the data on-ship immediately. Acquiring 44,000 images was thus only the first step. Now we are fusing these with coordinates, sonar and environmental sensor data and create integrative maps to visualize and understand the processes at the seafloor. We can’t wait to the next 44,000.



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1 Kommentar zu "Imaging die Abyss"

Charlesrot schrieb am 23.06.2017 um 15:21
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