技術名稱 深海物體色彩照明還原技術
計畫單位 國立成功大學
計畫主持人 沈聖智
技術簡介
海洋考古、水下探勘、海洋生物觀察和海洋工程等研究是近年來逐漸興起的研究。由於光能量在水下傳遞時,可見光譜波長由紅往藍呈現遞減式衰弱,導致水下影像對比度降低、色彩偏移等不良影響,使水下觀測困難。水中物體的觀察、監測或進行海洋生物辦識研究,演色性的表現是水下研究重要的關鍵因素,以目前的照明技術只著重於白光近距離探照所得目標物之色彩,故受到光譜衰弱特性的影響,造成色彩偏移等負面現象。本團隊致力於深海環境的視覺色彩還原、提升視覺清晰度和色彩細節表現,讓水下物體於肉眼觀察和水中攝影中都保持實際色彩對比度及彩度層次,透過結合雷射照明光源、LED色彩照明技術、光色補償演算法和即時回饋雷射測距技術增強 AUV LED 智慧光色補償照明系統特性,使其呈現水下環境及物體之實際色彩,以提升水下攝影品質,並增加水下載具的視覺能力。其中,雷射照明的關鍵技術是利用其窄角光源特性再搭配透鏡設計,降低水下環境對光的散射作用,不但能提高照明品質而且可增長觀測距離,突破目前水下觀測的物理極限。LED色彩照明技術是以數顆不同波長LED晶片封裝成單體光源,實現廣色域的照明燈具,改善RGB-LED光色不足之缺點;光色補償演算法是結合倒傳遞類神經網路對RGB三原色於不同水深下之衰減模型導入演算法,使不同波長的LED光源強度可透過電流,主動調整其發光功率於不同水深及距離下進行適當之補償。AUV LED智慧光色補償照明系統,搭配水下雷射測距系統,利用雷射的準直性以減少散射,取得量測的精確性與即時性,可提高效率於LED色彩補償模組並加速作動速度,無需再等待聲納提供與目標物的距離參數。智慧光色補償照明系統加強水下物體的演色性,改善色彩偏移問題並降低影像處理難度,使得水下載具具備彩色視覺功能,以提高水下環境的識別、監控、探勘與觀測之能力。
本團隊已針對高對比度之色彩於成功大學系統系之拖航水槽進行水下測試,目標物於不同距離進行色彩還原實驗。實驗成果顯示LED智慧光色補償照明系統比傳統白光對紅色辨視能力提升2倍;對綠色辨視能力提升2.3倍。因此,成功驗證,使用LED智慧光色補償照明系統照明時,可還原目標物之原始顏色,並保持實際色彩對比度及彩度層次。此成果也獲得台達電子技術移轉案,並轉介日本Nichia公司提供LED太陽光譜晶片,提高本研究的彩色能力,形成Nichia+DELTA+NCKU共同參與開發與評估應用之成功案例。
科學突破性
智能光色補償照明系統,以輕巧的LED 燈具取代厚重的傳統燈具,開發水下雷射照明燈具搭配LED多色光源對顏色損失進行補償,在不同水下距離可主動進行光色波長補償,使水下載具在深海中能增加觀測距離並取得高演色性之圖像,以提升水下影像品質,增加水下載具的色彩視覺能力,其具備有國際技術競爭力及產品實用性。
產業應用性
社會層面的效益於水下與海洋產業之推動,藉由研發具有人工智慧之水下無人載具系統所需的關鍵技術與硬體實現之過程,蓄積台灣在國際海洋科技產業工程研發的能量;經濟層面的效益於逐步建立海洋儀器、載具在地化與內需化,脫離仰賴進口之宿命。相關技術也可以擴及遊艇產業、觀光潛艇、軍事潛艦技術。
關鍵字 無人智慧水下載具 LED色彩照明 雷射白光照明 雷射水下測距 海洋工程 水下探勘 光色補償技術 色彩還原技術 色彩演色性 水下物體觀察
備註
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  • 張奇珍
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