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Laser Scanning 3D sottomarino

Referente: Dr. Luigi De Dominicis
luigi.dedominicis@enea.it

Fig. 1. Diversi punti di vista dell'immagine 3D di una scaletta immersa in acqua alla distanza di 8.5m dal ricevitore ed ottenuta alla frequenza di modulazione di 36.7MHz.



La digitalizzazione 3D di oggetti in ambiente sottomarino per mezzo di sensori basati su dispositivi laser è una tecnologia di interesse in diversi settori che vanno dalla archeologia sottomarina all'industria petrolifera offshore. La possibilità d' ispezionare sullo schermo di un computer il modello 3D di un oggetto immerso può aiutare gli ingegneri ad identificare malfuzionamenti di strutture o dare la possibilità agli archeologi marini di apprezzare dettagli con una risoluzione mai ottenuta prima. Qualunque sia l'applicazione, il monitoraggio 3D di strutture immerse è uno strumento il cui pieno valore spesso viene apprezzato soltanto dopo disastri costosi in termini ambientali e di vite umane.
Attualmente molteplici sistemi sono in fase di sviluppo in diversi laboratori internazionali ed operanti su differenti principi. Il Laboratorio di Visone Laser dell'ENEA di Frascati sta contribuendo allo sforzo in atto per portare questi dispositivi ad operare efficacemente in ambiente reale. Nell'ultimo trimestre del 2010 è stato completato lo sviluppo di RE-VUE (REmote Viewing in Underwater Environment), un sistema di imaging 3D basato su di un diodo laser a 405nm e modulato in ampiezza. In condizioni d' acqua relativamente torbida (coefficiente di attenuazione 0.3m-1) il dispositivo è capace di fornire immagini 3D ad distanza di 9m dal target e con una buona risoluzione (~1mm). RE-VUE può ispezionare scene con una vista orizzontale di 40° mentre quella verticale si estende per diverse decine di gradi. Il sistema è completamente controllato via remota con un software sviluppato presso i laboratori ed è qualificato per operare ad una profondità di 400m.
RE-VUE è il risultato di cinque anni di investigazioni sperimentali e teoriche che hanno portato a numerose pubblicazioni scientifiche. Il laboratorio vanta una estesa rete di collaborazioni nazionali ed internazionali ed è continuamente impegnato ad estendere le aree di applicazione della presente tecnologia.

Fig 2. La dipendenza del rumore ottico in RE-VUE in funzione della frequenza di modulazione del laser. La linea continua è il risultato di un calcolo teorico basato sulla soluzione delle Radiative Transfer Equations mentre i quadratini rappresentano misure sperimentali. l rumore ottico si comporta come un filtro passa-basso che rende efficace l'abbattimento del rumore ottico una volta che il dispositivo lavora ad una frequenza di modulazione al di sopra di un valore di soglia.


Fig 3. RE-VUE durante la fase di manutenzione in laboratorio. Il cilindro più piccolo contiene il laser, il sistema di scansione e di ricezione del segnale. Nel cilindro grande trovano alloggio tutti i moduli elettronici per il controllo del dispositivo.



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References:

  • R. Ricci, M. Francucci, L. De Dominicis, M. Ferri de Collibus, G. Fornetti, M. Guarneri, M. Nuvoli, E. Paglia, and L. Bartolini, "Techniques for Effective Optical Noise Rejection in Amplitude-Modulated Laser Optical Radars for Underwater Three-Dimensional Imaging", EURASIP Journal on Advances in Signal Processing, Hindawi Publishing Corporation, Vol. 2010, 2010
    (http://www.hindawi.com/journals/asp/2010/958360.html)
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