Research on Obstacle Detection and Avoidance of Autonomous Underwater Vehicle Based on Forward-Looking Sonar

障碍物 声纳 避障 计算机视觉 人工智能 计算机科学 水下 航向(导航) 避碰 分割 图像分割 工程类 移动机器人 机器人 地理 碰撞 航空航天工程 考古 计算机安全
作者
Xiang Cao,Lu Ren,Changyin Sun
出处
期刊:IEEE transactions on neural networks and learning systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:34 (11): 9198-9208 被引量:53
标识
DOI:10.1109/tnnls.2022.3156907
摘要

Due to the complexity of the ocean environment, an autonomous underwater vehicle (AUV) is disturbed by obstacles when performing tasks. Therefore, the research on underwater obstacle detection and avoidance is particularly important. Based on the images collected by a forward-looking sonar on an AUV, this article proposes an obstacle detection and avoidance algorithm. First, a deep learning-based obstacle candidate area detection algorithm is developed. This algorithm uses the You Only Look Once (YOLO) v3 network to determine obstacle candidate areas in a sonar image. Then, in the determined obstacle candidate areas, the obstacle detection algorithm based on the improved threshold segmentation algorithm is used to detect obstacles accurately. Finally, using the obstacle detection results obtained from the sonar images, an obstacle avoidance algorithm based on deep reinforcement learning (DRL) is developed to plan a reasonable obstacle avoidance path of an AUV. Experimental results show that the proposed algorithms improve obstacle detection accuracy and processing speed of sonar images. At the same time, the proposed algorithms ensure AUV navigation safety in a complex obstacle environment.
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