একটি নতুন ইমেজিং সিস্টেম ঘোলা জলের মধ্য দিয়ে দেখে

দূরবর্তীভাবে চালিত পানির নিচের যানবাহনের জন্য, ঘোলাটে, অশান্ত জল প্রায়ই নো-গো। যখন যানবাহন সমুদ্রের তলদেশে বসতি স্থাপন করে বা বালির বিছানার মধ্য দিয়ে খনন করে, তখন তারা পলির মেঘগুলিকে লাথি দিতে পারে যা অনবোর্ড ক্যামেরাগুলির পক্ষে দেখা কঠিন করে তোলে। প্রায়শই, কেবলমাত্র একটি যানবাহন নিরাপদে এগিয়ে যাওয়ার আগে সামুদ্রিক ধূলিকণা স্থির হওয়ার জন্য অপেক্ষা করা হয়।

কিন্তু এমআইটি এবং উডস হোল ওশানোগ্রাফিক ইনস্টিটিউশন (ডব্লিউএইচওআই) এর ইঞ্জিনিয়ারদের দ্বারা তৈরি একটি নতুন আন্ডারওয়াটার ম্যাপিং কৌশল যানবাহনগুলিকে ঘোলাটে, কম দৃশ্যমানতার জলের মধ্য দিয়ে দেখার অনুমতি দিতে পারে।

পদ্ধতিটি অপটিক্যাল ক্যামেরার ভিজ্যুয়াল ছবিগুলিকে সোনার সেন্সর থেকে অ্যাকোস্টিক ডেটার সাথে একত্রিত করে। এই সংমিশ্রণটি গাড়িটিকে সোনার ব্যবহার করে তার চারপাশের সাধারণ আকৃতিকে দ্রুত ম্যাপ করতে দেয়, এমনকি কম দৃশ্যমানতা সহ জলেও। সোনার-ম্যাপ করা পরিবেশে একটি যানবাহন নির্দিষ্ট আকারের দিকে যেতে পারে, এবং দৃশ্যমান বিশদে নির্দিষ্ট বস্তুর সমাধান করতে অপটিক্যাল ক্যামেরার জন্য যথেষ্ট কাছাকাছি যেতে পারে।

কৌশলটি বাস্তব সময়ে ঘোলা জলে দেখতে এবং নেভিগেট করার জন্য একটি সামুদ্রিক কচ্ছপের ক্লোজ-আপ ভিশনের সাথে ডলফিনের প্রতিধ্বনি মেলানোর মতো।

গবেষকরা ট্যাঙ্কগুলিতে পরীক্ষায় পদ্ধতিটি পরীক্ষা করেছেন যেখানে তারা জলের দৃশ্যমানতার মাত্রা নিয়ন্ত্রণ করতে পারে। এমনকি সবচেয়ে মেঘলা অবস্থায়ও, সিস্টেমটি ট্যাঙ্কের চারপাশের মানচিত্র তৈরি করতে এবং ট্যাঙ্কের বস্তুর সেন্টিমিটার-স্কেলের বিশদটি কল্পনা করতে পলির মাধ্যমে দেখতে সক্ষম হয়েছিল।

দলটি কৌশলটিকে আরও উন্নত করছে, যেটিকে তারা সোনার-MAST3R নাম দিয়েছে। তারা কল্পনা করে যে ম্যাপিং পদ্ধতিটি বৈজ্ঞানিক অনুসন্ধান, পানির নিচে নির্মাণ এবং রক্ষণাবেক্ষণ এবং গভীর-সমুদ্র পুনরুদ্ধার সহ বিভিন্ন অ্যাপ্লিকেশনের জন্য জলের নিচের যানবাহনকে নিরাপদে অস্বচ্ছ পরিবেশের মাধ্যমে গাইড করতে পারে।

“আমরা আশা করি যে এই কাজটি আমাদের সেই চ্যালেঞ্জিং, কম দৃশ্যমানতার পরিবেশে আরও অপারেশন পরিচালনা করার অনুমতি দেবে, যে এলাকায় আজ কাজ করা কঠিন সেগুলিতে আরও কভারেজ প্রদান করতে সাহায্য করবে,” বলেছেন এমআইটি এর অ্যারোনটিক্স এবং অ্যাস্ট্রোনটিক্স বিভাগের একজন স্নাতক ছাত্র, যিনি এই কাজের নেতৃত্ব দিয়েছেন৷

ফুং এই সপ্তাহে IEEE ইন্টারন্যাশনাল কনফারেন্স অন রোবোটিক্স অ্যান্ড অটোমেশন (ICRA) এ সোনার-MAST3R বিস্তারিত একটি গবেষণাপত্র উপস্থাপন করেছেন। কাগজটির লেখক হলেন রিচার্ড ক্যামিল, WHOI-এর ফলিত সমুদ্র পদার্থবিদ্যা এবং প্রকৌশলের সিনিয়র বিজ্ঞানী।

উভয়ের মধ্যে সেরা

পানির নিচে দেখতে, বিজ্ঞানীরা সাধারণত পথ দেখানোর জন্য অপটিক্যাল ক্যামেরা বা সোনার সেন্সর ব্যবহার করে একটি/অথবা পদ্ধতি গ্রহণ করেছেন। অপটিক্যাল ক্যামেরা একটি দৃশ্যের বিস্তারিত ভিজ্যুয়াল ছবি প্রদান করতে পারে, তবে শুধুমাত্র অপেক্ষাকৃত স্বচ্ছ এবং ভালভাবে আলোকিত জলে। বিপরীতে, সোনার সেন্সর পরিষ্কার এবং মেঘলা জলে সমানভাবে ভাল কাজ করে; শাব্দ তরঙ্গ নির্গত করে এবং তারা যে সময় এবং কোণে ফিরে আসে তা পরিমাপ করে, সোনার সেন্সর পরিবেশে বস্তুর সঠিক আকৃতি, দূরত্ব এবং গভীরতা নির্ধারণ করতে পারে, যদিও সোনার মানচিত্রে কোনও চাক্ষুষ বিবরণের অভাব রয়েছে।

উভয় মোড থেকে সেরাটি পেতে, বিজ্ঞানীরা “অপটিক্যাল-অ্যাকোস্টিক ফিউশন” নামে পরিচিত একটি নতুন পদ্ধতিতে দুটিকে একত্রিত করার চেষ্টা করেছিলেন। মুষ্টিমেয় পূর্ববর্তী কাজের মধ্যে, গবেষণা গোষ্ঠীগুলি ম্যাপিং কৌশলগুলিতে সোনার এবং অপটিক্যাল ডেটাকে একত্রিত করেছে যার উদ্দেশ্য প্রাথমিকভাবে বস্তুগুলি সনাক্ত করা এবং কাজের পরিবেশ পুনর্গঠন করা। বেশিরভাগ কৌশলের ডেটা সিঙ্ক্রোনাইজ এবং প্রক্রিয়া করার জন্য সময় লাগে এবং তাই রিয়েল টাইমে কাজ করে না, যখন শুধুমাত্র কয়েকটি 3D তে একটি পরিবেশ ম্যাপ করতে পারে। এগুলির কোনওটিই অস্বচ্ছ এবং অস্বচ্ছ অবস্থায় উচ্চ-রেজোলিউশনের আন্ডারওয়াটার ম্যাপিংয়ের জন্য প্রয়োগ করা হয়নি।

Phung, যিনি MIT-WHOI যৌথ প্রোগ্রামের একজন ছাত্র, এবং ক্যামিল, তার উপদেষ্টা, একটি অপটিক্যাল-অ্যাকোস্টিক ফিউশন কৌশল বিকাশের লক্ষ্য রেখেছিলেন যা রিয়েল টাইমে এবং কম-দৃশ্যমান অবস্থায় পানির নিচের পরিবেশের বিস্তারিত 3D মানচিত্র তৈরি করবে। দলটি আংশিকভাবে, অবিস্ফোরিত ডুবো মাইনগুলি নিরাপদে পুনরুদ্ধারের চ্যালেঞ্জ দ্বারা অনুপ্রাণিত হয়েছিল।

“সেখানে পুরানো বিস্ফোরক থাকতে পারে যেগুলি জাহাজের জন্য অনিরাপদ করে তোলে এবং সেগুলি নিরাপদে নিষ্পত্তি করতে সক্ষম হওয়া রোবোটিক্স দ্বারা সর্বোত্তম হয়,” ক্যামিল বলেছেন৷ “কিন্তু এই বিস্ফোরকগুলির মধ্যে অনেকগুলি সার্ফ জোন পরিবেশে রয়েছে যেখানে দৃশ্যমানতা এটিকে নিরাপদে করার চ্যালেঞ্জ যোগ করে। এটি আমাদের কৌশলগুলির জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে এমন অনেকগুলি অ্যাপ্লিকেশনগুলির মধ্যে একটি।”

মেঘলা, ম্যাপিংয়ের সুযোগ সহ

নতুন পদ্ধতি, Sonar-MAST3R, একটি বিদ্যমান কৌশল, MAST3R এর উপর ভিত্তি করে, যা ফ্রান্সের গবেষকরা তৈরি করেছেন। MAST3R হল একটি ইমেজ ম্যাচিং অ্যালগরিদম যা একই দৃশ্যের ভিজ্যুয়াল ছবি তুলতে এবং দৃশ্যের প্রতিটি পিক্সেলের আপেক্ষিক গভীরতা দ্রুত অনুমান করতে প্রশিক্ষিত। এইভাবে, MAST3R ক্যামেরার 2D চিত্রের উপর ভিত্তি করে বাস্তব সময়ে পরিবেশের একটি 3D মানচিত্র তৈরি করতে পারে।

“নেতিবাচক দিক হল যে স্কেলের কোন অনুভূতি নেই,” ফং বলেছেন। “এটি বলবে ‘এই পিক্সেলটি এই পিক্সেলের চেয়ে পাঁচ ইউনিট কাছাকাছি,’ তবে এটি 5 মিটার বা 5 ফুট কিনা তা বলতে পারে না।”

সৌভাগ্যবশত, সোনার পরম স্কেল পরিমাপ প্রদান করে। সোনার প্রতিফলনের সময় সরাসরি বস্তুর নির্দিষ্ট গভীরতা এবং দূরত্বে অনুবাদ করা যেতে পারে যেখান থেকে সংকেতগুলি বাউন্স হয়েছে, সেইসাথে তাদের আকৃতি এবং রূপরেখা।

তাদের নতুন কাজে, ফুং এবং ক্যামিল MAST3R এর স্কেল সংশোধন করতে এবং পানির নিচের পরিবেশের সঠিক 3D মানচিত্র তৈরি করতে সোনার ডেটা ব্যবহার করেছেন। এমনকি ঘোলা পানিতেও, পদ্ধতির সোনার-সংশোধিত মানচিত্র গাড়িটিকে বস্তুর সঠিক অবস্থান জানার অনুমতি দেবে এবং তাই ঘনিষ্ঠ পরিদর্শনের জন্য নিরাপদে কতদূর যেতে হবে, যা যানবাহন তখন প্রচলিত অপটিক্যাল ক্যামেরা ব্যবহার করে করতে পারে।

দলটি সোনার-MAST3R পরীক্ষা করে পরীক্ষা করে একটি পাত্রে যা তারা পানি, পলি এবং বিভিন্ন বস্তু যেমন একটি ছোট পাথর, একটি কফি মগ এবং একটি প্যাকিং বাক্সে ভরা। ট্যাঙ্কের ভিতরে তারা একটি রোবোটিক বাহুও স্থাপন করেছিল, যার উপরে তারা একটি আন্ডারওয়াটার ক্যামেরা এবং একটি সোনার সেন্সর স্থাপন করেছিল।

প্রতিটি পরীক্ষা চালানোর জন্য, তারা প্রথমে একটি সুইপ কোর্স করে, যেখানে রোবোটিক হাতটি সোনার এবং ভিজ্যুয়াল ডেটা ক্যাপচার করতে ট্যাঙ্কের একপাশ থেকে অন্য দিকে ধীরে ধীরে সুইপ করে। এই প্রথম ঝাড়ু দিয়ে, Sonar-MAST3R দ্রুত ট্যাঙ্ক এবং এর বস্তুর আকার এবং রূপের একটি রুক্ষ সোনার-ভিত্তিক মানচিত্র তৈরি করে। রুক্ষ মানচিত্রটি তখন বস্তুর ক্লোজ-আপ ক্যামেরা ছবি রেকর্ড করতে ব্যবহার করা হয়, যা মানচিত্রের রেজোলিউশন উন্নত করতে ব্যবহৃত হয়। “কীফ্রেম” পদ্ধতি দ্রুত প্রতিটি নতুন ইমেজ ফ্রেমকে শেষ কীফ্রেমের সাথে তুলনা করে। যদি একটি ফ্রেম নতুন তথ্য প্রদান করে যা শেষ কীফ্রেমে অন্তর্ভুক্ত নয়, তাহলে ছবিটি একটি নতুন কীফ্রেম থেকে মানচিত্রে যোগ করা হবে। এটি অনুরূপ হলে, এটি অবিলম্বে বাতিল করা হয়. এইভাবে, পদ্ধতিটি রিয়েল টাইমে প্রাসঙ্গিক ভিজ্যুয়াল বিশদ সহ মানচিত্রটিকে দ্রুত তৈরি করতে পারে।

গবেষকরা পানির নিচে তাদের নতুন পদ্ধতির পরীক্ষা করেছেন, আটটি ভিন্ন মাত্রার অস্বচ্ছলতা পরীক্ষা করেছেন, যা তারা ট্যাঙ্কের পলি মিশ্রিত করে তৈরি করেছে। অন্যান্য অপটিক্যাল-অ্যাকোস্টিক ফিউশন পদ্ধতির তুলনায়, সোনার-MAST3R আরও নির্ভুল 3D মানচিত্র তৈরি করেছে এবং ছোট সেন্টিমিটার-স্কেল বিশদ সমাধান করেছে, এবং মেঘলা অবস্থায়। সবচেয়ে মেঘাচ্ছন্ন অবস্থায়, যা রোবটিক হাতের ক্যামেরাগুলি দেখতে পারে না, এর সোনার সেন্সর ট্যাঙ্কের লুকানো বস্তুগুলির একটি মোটামুটি মানচিত্র তৈরি করতে সক্ষম হয়েছিল। এই প্রাথমিক মানচিত্রটি বাহুটিকে কুয়াশার মধ্য দিয়ে নিরাপদে এবং নির্দিষ্ট বস্তুর কাছাকাছি যেতে দেয়, যা এর পানির নিচের ক্যামেরাটি আরও বিস্তারিতভাবে চিত্রিত করতে পারে।

“একটি উপমা হবে যদি আপনি অন্ধকারে একটি চায়নার দোকানে যান এবং জিনিসগুলিকে ছিটকে না দিয়ে একটি নির্দিষ্ট কফির মগ খুঁজে বের করার চেষ্টা করেন,” ক্যামিল পরামর্শ দেন। “এটি আপনাকে এটি করার অনুমতি দেবে।”

দলটি প্রাকৃতিক পানির নিচের পরিস্থিতিতে পদ্ধতির পরীক্ষা করার পরিকল্পনা করেছে, যেখানে তারা সন্দেহ করে যে ম্যাপিং কাজটি সহজ হওয়া উচিত।

“ট্যাঙ্কে, এটি একটি ইকো চেম্বারের মতো,” ক্যামিল বলেছেন। “এটি একটি ফানহাউস মিরর পরিবেশে এটি করার চেষ্টা করার মতো যেখানে আপনি এই সমস্ত বিকৃতি এবং প্রতিধ্বনি এবং ভুত পান যা রেন্ডারিংকে সত্যিই জটিল করে তোলে। আপনি যদি এটিকে বাস্তব জগতে রাখেন তবে এটি আরও সহজ হওয়া উচিত।”

তারপরে, তারা বলে, Sonar-MAST3R বিজ্ঞানীদের নিরাপদে মেঘলা, ঘোলাটে এবং ঘোলাটে পানির তলদেশে অন্বেষণ করতে সাহায্য করতে পারে।

“এই প্রচেষ্টার আসল মূল্য হল যে আমরা এই প্রযুক্তিটি মিশন পরিস্থিতিতে ব্যবহার করতে পারি যা এখনই সমাধান করা যাবে না,” ফং বলেছেন। “এবং অনেকগুলি অমীমাংসিত কাজ রয়েছে কারণ আমাদের পর্যবেক্ষণ বা উপলব্ধি করার ক্ষমতা নেই।”

এই গবেষণাটি আংশিকভাবে নাসা এবং ন্যাশনাল সায়েন্স ফাউন্ডেশন দ্বারা সমর্থিত ছিল।