Testes de Campo nº4

Esta sessão de testes foi realizada nas instalações de um dos parceiros deste projeto, a ALGAplus, em Ílhavo. Esta sessão foi a primeira ocasião em que se testou o conjunto de sistemas desenvolvidos no ambiente para o qual foram concebidos, os tanques de aquacultura. Ambas as unidades (UMA e UCB) já se encontravam instaladas no ROV e prontas a funcionar em simultâneo. Executaram-se testes em tanques de terra de aquacultura e em tanques de cimento utilizados pela ALGAplus para criação de algas. Estes testes foram as sessões que antecederam a apresentação final e entrega do respetivo relatório final do projeto.

Figura 92 - Testes em tanques de cimento com peixes (ALGAplus, Ílhavo, 2018)

O sistema de visão, equipado com iluminação laser, foi testado nos tanques de terra em período diurno e noturno. Embora durante os testes, o nível de turbidez não ter sido tão elevado como em outros testes (visibilidade até quase um metro de distância), praticamente não se obtiveram imagens onde figurassem peixes. Na altura dos testes, os peixes existentes no tanque eram de tamanho reduzido e raramente se agrupavam em concentrações significativas junto do sistema de visão. Em termos de turbidez, a visibilidade melhorou significativamente no período noturno, permitindo que as imagens obtidas tivessem iluminação mais equilibrada. Independentemente dos níveis de luminosidade, a turbidez permaneceu como um obstáculo que dificulta bastante o sucesso do funcionamento deste sistema.

Testou-se o conjunto de equipamentos em tanques de cimento, com água com turbidez reduzida, onde foram colocados alguns peixes. Visto que nestes tanques não havia

praticamente turbidez nenhuma, as dificuldades oferecidas por este fator eram quase nulas. Na Figura 93, consegue aferir-se a presença de peixes na imagem, no entanto é, mais uma vez, percetível o desequilíbrio da iluminação nesta imagem.

Figura 93 - Imagens de peixes obtidas nos tanques de cimento durante o dia

O equilíbrio da iluminação na imagem continuou a demonstrar-se um fator condicionante. Experimentaram-se várias configurações referentes à aquisição de imagens, relativamente à mudança de tempo de exposição e ganho, no entanto, foi difícil contrariar a ação da luz solar no caso das imagens obtidas em período diurno. Apesar de também apresentar algumas limitações, nas imagens obtidas em período noturno, em que único foco de iluminação era o laser, foi possível identificar peixes nas imagens.

No tanque de cimento, o sistema de visão apresentou resultados bastante positivos pois a turbidez da água era inferior. Com o sistema posicionado numa das extremidades, foi possível visualizar a outra extremidade do tanque bem como os vários peixes no campo de visão (encontravam-se aproximadamente 20 peixes no tanque). Apesar da facilidade em visualizar peixes nestas condições, as imagens obtidas não permitiram testar o algoritmo desenvolvido. Esta impossibilidade esteve sobretudo relacionada com o facto de o posicionamento das câmaras ter sido comprometido, invalidando qualquer calibração anterior. Outro dos problemas foi o facto de ter entrado água no housing da câmara direita numa das ocasiões em que se obtiveram melhores imagens, sendo que tal só foi observado após remover o equipamento da água. Ainda assim, efetuaram-se alguns testes com pares de imagens em melhores condições, obtidas em período noturno, no entanto não se obtiveram resultados de funcionamento positivos. Tal estaria relacionado com o grande

objetos presentes nas imagens por valores de cinzento, e que resultavam em imagens de disparidade com muito ruido, conduzindo a resultados muito imprecisos. Verificou-se igualmente que o posicionamento das câmaras e o seu direcionamento não seria o ideal. Os peixes concentravam-se no fundo do tanque e as câmaras estavam apontadas para a frente e numa posição um pouco distante do fundo do tanque, levando a que, por vezes, os peixes passassem por baixo do sistema sem serem visíveis nas imagens. Assim concluiu-se que uma das melhorias a efetuar no sistema seria apontar o sistema de visão ligeiramente para baixo.

Conclusões Relativas ao Desenvolvimento da UCB

Seguindo as especificações pretendidas para a UCB apresentadas inicialmente, podem tirar-se conclusões relativamente ao trabalho desenvolvido, aos objetivos cumpridos, aos resultados obtidos, melhorias a efetuar e quais os requisitos que não foram cumpridos. O primeiro objetivo, relativo ao desenvolvimento do sistema móvel robotizado, pode considerar-se um objetivo que foi cumprido. Após algumas decisões no início do desenvolvimento do projeto, este sistema robótico passou a ser a estação móvel que alberga esta unidade e a UMA. Este veículo, bem como o seu processo de desenvolvimento, irão assim ser abordados num outro capítulo à parte.

Nos objetivos apresentados, a estimativa da biomassa deveria ser efetuada utilizando em conjunto um sonar com um sistema de câmaras, no entanto apenas se recorreu ao sistema de câmaras. Durante os testes e mediante pesquisa de soluções de sonar, chegou-se à conclusão de que a utilização deste tipo de tecnologia não teria grande sucesso, uma vez que, para esta aplicação em concreto, seria necessário um equipamento com elevada resolução que permitisse distinguir cardumes de peixes em tanques cujas dimensões são pouco apropriadas ao uso dos sonares mais comuns no mercado. Caso se utilizasse um sonar este teria dificuldade em distinguir cardumes de peixes do fundo dos tanques, a apenas 3 a 4 metros da superfície, e das paredes de tanques com 40 a 50 metros de largura e 150 a 200 metros de largura. Assim, optou-se por utilizar apenas o sistema de câmaras e basear o processo de desenvolvimento nesta tecnologia.

A localização das maiores concentrações de peixes nos tanques foi, de facto, uma particularidade para a qual a solução desenvolvida não conseguiu dar resposta. O sistema e algoritmo desenvolvidos conseguiram determinar as dimensões de objetos nos testes efetuados em laboratório durante o desenvolvimento e, igualmente, obter dimensões aproximadas do peixe plástico utilizado para os testes efetuados no rio. Este peixe tinha aproximadamente 9 centímetros de comprimento, a dimensão mais relevante na fórmula de estimativa de biomassa utilizada, e com o conjunto de imagens obtidas nos testes obtiveram-se resultados aproximados a este valor, com 1 a 2 centímetros de diferença. Relativamente às várias imagens obtidas nos tanques de aquacultura, não foram obtidos resultados muito positivos, tendo existido imensas dificuldades em aplicar o algoritmo

algoritmo de processamento de imagem apresenta um funcionamento limitado, apenas apresentando resultados positivos num conjunto específico de imagens e em condições de total controlo da luminosidade. Nos testes efetuados não se obtiveram resultados conclusivos com imagens de peixe obtidas nos citados tanques. Tal como descrito anteriormente, as dificuldades estão associadas à turbidez elevada das águas em aquacultura semi-intensiva e ao facto de existirem grandes dificuldades em controlar a luminosidade em ambiente aquático.

Outro dos objetivos apresentados era o processamento de imagem ser efetuado localmente na unidade a desenvolver. Considera-se que este objetivo foi cumprido, uma vez que o processamento de imagem na UCB é efetuado pelo microprocessador utilizado na solução. Existem alguns constrangimentos relativos à biblioteca de software MVTec HALCON utilizada nesta solução, uma vez que para utilizar esta ferramenta é necessário que o equipamento que executa o programa desenvolvido tenha uma licença fornecida pelo fabricante instalada, licença essa que tem um custo associado. Do ponto de vista económico, esta licença eleva bastante o preço da solução final. Assim, uma das sugestões de alteração desta unidade seria a utilização de software de processamento de imagem

open source, que poderia beneficiar igualmente o desenvolvimento, dado que este tipo de software tem normalmente comunidades abertas online, que podem ser bastante úteis no

fornecimento de conteúdos para o processo de desenvolvimento.

A solução desenvolvida também não cumpre com o objetivo que definia que o sistema deveria ter capacidade de aprendizagem e adaptabilidade à espécie/forma de cultura e ser suportado em algoritmos adaptativos para análise de previsões de crescimento e controlo de desvios da biomassa total. O desenvolvimento não chegou a tal ponto, visto que existiram bastantes dificuldades em estabelecer um sistema capaz de executar as medições e estimativas necessárias.

No início do projeto, pretendia-se que a UCB efetuasse a estimativa da biomassa de peixes e algas. No entanto, o conjunto de entidades do consórcio optou por focar os esforços de desenvolvimento apenas na análise de peixes, em particular a dourada e o robalo. O processo de desenvolvimento desta unidade foi acompanhado pela empresa representante da MVTec, detentora da biblioteca HALCON, em Portugal. Esta empresa prestou serviços de formação e suporte à equipa do LINE.IPT, em particular ao aluno que

apresenta esta tese de estágio, tendo recorrido a tal entidade para resolução de problemas e esclarecimento de dúvidas relativas a questões de visão por computador e à utilização da biblioteca.