Inicialmente os ve´ıculos subaqu´aticos controlados remotamente era principalmente
utilizados para realizar tarefas de recupera¸c˜ao de objetos perdidos em alto mar.
O seu baixo custo de cria¸c˜ao, opera¸c˜ao e manuten¸c˜ao fizeram com que a ind´ustria
2.1. TRABALHOS RELACIONADOS 13
passaram a ser imprescind´ıveis para empresas que trabalham em alto mar, uma vez
que havia a necessidade de atingir profundidades muito elevadas, imposs´ıveis de
atingir por um mergulhador (R. D. Christ,2014).
Desde ent˜ao estes ve´ıculos vˆem a ser utilizados para as mais diversas fun¸c˜oes. Na
ind´ustria, o seu aplica¸c˜ao pode ser necess´aria para fazer desde inspe¸c˜oes de estruturas
submersas ou subaqu´aticas at´e opera¸c˜oes de soldagem ou perfura¸c˜ao em alto mar a
grande profundidade.
Uma potencial aplica¸c˜ao de um ve´ıculo submers´ıvel ´e a monitoriza¸c˜ao de um deter-
minado ambiente subaqu´atico. An´alise do ambiente aqu´atico, recolha de amostras
e dados relativos a parˆametros de qualidade, monitoriza¸c˜ao da atividade da fauna
e da flora s˜ao exemplos de aplica¸c˜oes ligadas `a biodiversidade existente no local de
estudo onde o ROV ou AUV pode ser inserido. De forma global, a utiliza¸c˜ao de
ve´ıculos submers´ıveis, controlados remotamente ou aut´onomos, justifica-se pela n˜ao
necessidade de expor mergulhadores a situa¸c˜oes de perigo muito comuns em ambi-
entes aqu´aticos, principalmente em casos de ´aguas turvas, profundas, contaminadas,
com elevada corrente ou temperaturas baixas (Toronto Police, 2014).
A qualidade da ´agua, considerando principalmente a temperatura, o n´ıvel de oxig´enio
dissolvido e substˆancias qu´ımicas dissolvidas, poluentes ou n˜ao, afeta a vida dos se-
res vivos aqu´aticos. Muitas das vezes ´e poss´ıvel verificar altera¸c˜oes `as carater´ısticas
normais do seu habitat analisando o movimento dos peixes que nele habitam. Tradi-
cionalmente, os bi´ologos analisam o comportamento da fauna aqu´atica fazendo mer-
14 CAP´ITULO 2. VE´ICULOS SUBMERS´IVEIS
uma posterior an´alise dos mesmos (Srividya M. S., 2014). Embora estes m´etodos
sejam capazes de obter bons resultados tˆem as suas limita¸c˜oes:
• Mergulho - O mergulhador n˜ao pode estar dentro de ´agua por per´ıodos prolon- gados. A botija de oxig´enio tem uma dura¸c˜ao relativamente curta e a exposi¸c˜ao
prolongada do mergulhador a temperaturas baixas e press˜oes elevadas n˜ao ´e
aconselh´avel. Esta op¸c˜ao requer algum investimento financeiro pr´evio (fatos,
botijas de ar comprimido, barbatanas, entre outros)(Srividya M. S., 2014).
• Captura - Capturar os peixes para os estudar e analisar o seu comportamento permite obter resultados muito precisos, mas pode provocar danos nos peixes
aquando da sua captura e muitas vezes estes morrem devido a m´as condi¸c˜oes
de transporte e a diferen¸cas elevadas de ambiente onde s˜ao colocados. Al´em
disso ´e um m´etodo que requer tamb´em algum investimento monet´ario(Srividya
M. S., 2014).
Ambos os m´etodos tˆem uma grande desvantagem: alteram o comportamento natural
dos peixes. A inclus˜ao de um elemento estranho no ambiente natural da popula¸c˜ao
de peixes pode causar algum stress nos mesmos, assim como a remo¸c˜ao dos mesmos
do seu habitat.
Como j´a foi referido, os peixes alteram o seu comportamento em fun¸c˜ao do meio
que os rodeiam e as carater´ısticas do mesmo. Assim, o estudo detalhado do seu
movimento pode dar a conhecer aos bi´ologos muitos aspetos interessantes da biologia
2.1. TRABALHOS RELACIONADOS 15
Como ´e imposs´ıvel para o bi´ologo estar longos per´ıodos de tempo a observar os
peixes de forma a verificar de que forma ´e que estes se movimentam, quer seja com
recurso a mergulho ou `a captura de elementos de amostra, a cria¸c˜ao de sistemas de
monitoriza¸c˜ao por computador em laborat´orio torna-se muito importante para este
tipo de estudos.
O trabalho desenvolvido por Rui Nian(2013) demonstra como os projetos de ROVs
podem estar ligados `a etologia1 dos peixes. Nian desenvolveu um sistema capaz
de capturar imagens subaqu´aticas para um ve´ıculo submers´ıvel controlado remota-
mente, que se destinam `a an´alise do comportamento e movimento dos peixes de um
determinado local de estudo. Neste trabalho foi criado um sistema capaz de submer-
gir, controlado remotamente, com vis˜ao por computador, com o principal objetivo
de realizar expedi¸c˜oes que permitisse capturar imagens para estudos de etologia dos
peixes.
Figura 2.7 – VideoRay Pro III MicroROV
Outro trabalho semelhante ´e o de Jun Zhou (2006), onde o autor tamb´em criou
um sistema para detetar e seguir o movimento de peixes com base na vis˜ao por
1Etologia dos peixes ´e o ramo da ciˆencia que estuda o movimento, comportamento e atividade de peixes, quer selvagens ou criados em cativeiro, em condi¸c˜oes naturais.
16 CAP´ITULO 2. VE´ICULOS SUBMERS´IVEIS
computador. Zhou utilizou o ROV VideoRay Pro III MicroROV (Figura 2.7) para recolher as imagens do ambiente subaqu´atico e analisar o movimento e posi¸c˜ao de
uma esp´ecie de peixe o Largemouth Bass, conhecido em Portugal como Achig˜a. No
seu trabalho utiliza uma s´erie de filtros, incluindo o filtro de Gabor para textu-
ras, segmenta¸c˜oes e extra¸c˜ao de carater´ısticas geom´etricas para procurar os peixes e
detetar a orienta¸c˜ao do mesmo, sabendo a posi¸c˜ao do corpo e identificando a barba-
tana caudal. Com base nas carater´ısticas extra´ıdas, o ROV alterava a sua posi¸c˜ao
de forma a poder seguir o peixe. Outro filtro utilizado por Zhou foi o filtro de Kal-
man, que lhe permitia obter posi¸c˜oes estimadas sobre a posi¸c˜ao futura do objeto a
detetar e seguir.
Existem atualmente alguns sistemas de vis˜ao que permitem a monitoriza¸c˜ao do com-
portamento dos peixes em ambientes controlados, como laborat´orios com tanques
ou aqu´arios, e mesmo ambientes naturais. Quando as condi¸c˜oes de filmagem n˜ao
s˜ao as melhores e a dete¸c˜ao de peixes por computador n˜ao ´e poss´ıvel, recorre-se a
bi´ologos treinados para este tipo de tarefas.
Para se poder obter dados relativos ao comportamento dos peixes com a melhor
precis˜ao, o estudo teria de ser realizado no seu habitat. Mas reconhecer, contar ou
seguir peixes no seu ambiente natural coloca v´arios desafios (Clowting,2006):
• os equipamentos eletr´onicos s˜ao muitas vezes sens´ıveis `a humidade;
• o contraste visual ´e reduzido devido a carater´ısticas do meio como a turbidez, sedimentos, bolhas, detritos, entre outros;
2.1. TRABALHOS RELACIONADOS 17
Se tentarmos uma abordagem em que o sistema de vis˜ao por computador procura
o peixe com base na sua forma (com classificadores por exemplo), existem outros
problemas associados uma vez que o peixe faz rota¸c˜oes e mudan¸cas bruscas de dire¸c˜ao
e raramente p´ara na posi¸c˜ao ideal para a captura da imagem na perspetiva desejada
para um processamento correto.
Esta disserta¸c˜ao ir´a focar-se, essencialmente na segunda parte da mesma, na an´alise
do movimento de peixes com base em v´ıdeos de ambientes controlados. Nestas
condi¸c˜oes existem alguns trabalhos realizados, principalmente em laborat´orio, onde
o peixe ´e colocado num aqu´ario/tanque previamente preparado para os testes que
se desejam realizar, com ´agua limpa, com baixo n´ıvel de turbidez, com o fundo
do aqu´ario branco e iluminado, por forma a obter a melhor qualidade de imagem
poss´ıvel com a cˆamara. As imagens capturadas pela cˆamara podem ser analisadas
em tempo real ou guardadas e processadas posteriormente. A Figura2.8(Clowting, 2006) representa uma forma de realizar este g´enero de testes em laborat´orio.
O problema de fazer a dete¸c˜ao e seguimento de peixes em longos per´ıodos de tempo
consiste num duplo problema: detetar o peixe numa imagem e estabelecer a sua
correspondˆencia na imagem seguinte. A primeira parte ´e a mais direta e simples de
resolver, embora os peixes estejam sempre em movimento, mesmo enquanto est˜ao a
“dormir”. No entanto, a segunda pode apresentar muitas dificuldades uma vez que
os peixes movem-se muitas vezes perto uns dos outros, cruzando-se v´arias vezes. Isto
torna o processo de seguimento dos peixes ao longo de uma sequˆencia de imagens
mais complicado. Outro aspeto que dificulta o seguimento de peixes, principalmente
18 CAP´ITULO 2. VE´ICULOS SUBMERS´IVEIS
Figura 2.8 – Representa¸c˜ao de uma forma de recolher e analisar imagens de peixes
do campo de vis˜ao da cˆamara, por per´ıodos de tempo aleat´orios e indeterminados.
Quando tal acontece n˜ao ´e poss´ıvel saber se o peixe que reaparece ´e o mesmo que
tinha sa´ıdo do campo de vis˜ao `a uns minutos atr´as ou se ´e outro peixe, e como tal
deve-lhe atribu´ıdo um novo ID para poder ser seguido e registado o seu movimento.
O trabalho desenvolvido porSmith(2006) ´e um exemplo de um projeto cujo objetivo
´
e fazer o tracking de peixes num ambiente controlado. Neste trabalho o autor criou
um algoritmo que se baseia na subtra¸c˜ao do fundo (background subtraction). A
primeira fase da aplica¸c˜ao foi receber as frames capturadas pela cˆamara e a cada
uma destas era subtra´ıdo o fundo. A imagem de fundo consistia numa imagem do
aqu´ario sem o(s) peixe(s) em an´alise. Desta forma, ao fazer a subtra¸c˜ao de fundo, o
autor obtinha as diferen¸cas entre as imagens, sendo que na imagem de output estava
presente o peixe a detetar, mas apenas se este se movimentasse.
2.2. PROPOSTA DE UMA ARQUITETURA PARA UM VE´ICULO SUBMERS´IVEL 19
seriam o peixe, essa imagem era novamente processada. Smith (2006) aplicou um
filtro de Blobs para apenas ficar com os elementos cujo tamanho fosse superior a um
valor m´ınimo definido pelo autor. O resultado foi uma representa¸c˜ao aproximada
do peixe presente nas frames do v´ıdeo.