Description: Multispectral imaging (MSI) is widely used in terrestrial applications to help increase the discriminability between objects of interest. While MSI has shown potential for underwater geological and biological surveys, it is thus far rarely applied underwater. This is primarily due to the fact light propagation in water is subject to wavelength dependent attenuation and tough working conditions in the deep ocean. In this paper, a novel underwater MSI system based on a tunable light source is presented which employs a monochrome still image camera with flashing, pressure neutral color LEDs. Laboratory experiments and field tests were performed. Results from the lab experiments show an improvement of 76.66% on discriminating colors on a checkerboard by using the proposed imaging system over the use of an RGB camera. The field tests provided in situ MSI observations of pelagic fauna, and showed the first evidence that the system is capable of acquiring useful imagery under real marine conditions.

Description: Optical communication promises to be a high-rate supplement for acoustic communication in short-range underwater applications. In the photic zone of oceanic and coastal waters, underwater optical communication systems are exposed by remaining sunlight. This ambient light generates additional noise in photodetectors, thus degrading system performance. This effect can be diminished by the use of optical filters. This paper investigates light field characteristics of different water types and potential interactions with optical underwater communication. A colored glass and different thin film bandpass filters are examined as filter/detector combinations under varying light and water conditions, and their physical constraints are depicted. This is underlined by various spectral measurements as well as optical signal-to-noise ratio calculations. The importance of matching the characteristics of the light emitting diode (LED) light source, the photodetector, and the filter on the ambient conditions using wider angle of incidents is emphasized.

Description: Underwater photogrammetry and in particular systematic visual surveys of the deep sea are by far less developed than similar techniques on land or in space. The main challenges are the rough conditions with extremely high pressure, the accessibility of target areas (container and ship deployment of robust sensors, then diving for hours to the ocean floor), and the limitations of localization technologies (no GPS). The absence of natural light complicates energy budget considerations for deep diving flash-equipped drones. Refraction effects influence geometric image formation considerations with respect to field of view and focus, while attenuation and scattering degrade the radiometric image quality and limit the effective visibility. As an improvement on the stated issues, we present an AUV-based optical system intended for autonomous visual mapping of large areas of the seafloor (square kilometers) in up to 6000 m water depth. We compare it to existing systems and discuss tradeoffs such as resolution vs. mapped area and show results from a recent deployment with 90,000 mapped square meters of deep ocean floor.

Description: Die Erfindung betrifft ein Leuchten-Vergussverfahren mit den Schritten: Einbringen einer konfigurierten und mit einer optisch-transparenten Vergussmasse zu vergießenden Leuchte in eine wenigstens teilweise optisch-transparente Vergussform (16), wobei die Vergussform (16) in einer Vakuumkammer (11) angeordnet ist und die Leuchte in der Vergussform (16) derart fixiert wird, dass die Leuchte die Wandungen der Vergussform nicht berühren; Einbringen einer optisch-transparenten Vergussmasse (18) in die Vergussform (16) bis die Leuchte umschlossen ist; Detektion einer Quantität und Qualität einer Blasenfreiheit der optisch-transparenten Vergussmasse (18) durch einen optischen Sensor oder Bilddetektor (14), wobei eine Regelung des Druckes in der Vakuumkammer (11) zur Beeinflussung der Blasen und/oder eine Regelung einer Schwenk-/Neigevorrichtung (12) zur Bewegung der Vakuumkammer (11) und/oder der Vergussform (16) zur Austreibung detektierter Gas-/Luftblasen (19) aus der optisch-transparenten Vergussmasse (18) erfolgt. Ferner betrifft die Erfindung eine Verguss-Leuchten-Herstellungsvorrichtung mit: einer Vakuumkammer (11), einer wenigstens teilweise optisch-transparenten Vergussform (16) zur Aufnahme einer mit einer optisch-transparenten Vergussmasse zu vergießenden Leuchte, einer Druckmesseinrichtung (15) mit einer Druckregelung für den Druck innerhalb der Vakuumkammer (11), einem Bilddetektor (14) zur Detektion von Gas-/Luftblasen innerhalb der wenigstens teilweise optisch-transparenten Vergussform (16), eine Schwenk-/Neigevorrichtung (12) zum direkten oder indirekten Schwenken und Neigen der wenigstens teilweise optisch-transparenten Vergussform (16) durch Verschwenken und/oder Neigen der wenigstens teilweise optisch-transparenten Vergussform (16) oder der Vakuumkammer (11), einer Auswerte-, Speicherungs- und Regelungseinheit zur Regelung der Schwenk-/Neigevorrichtung (12) und/oder des Druckes innerhalb der Vakuumkammer (11).

Description: Die Erfindung betrifft eine Tiefsee- LED-Leuchte-Vergussverfahren mit den Schritten: Konfigu- ration einer LED-Leuchte mit mindestens einer LED mit je- weiliger elektrisch kontaktierender Zuleitung; Einbringung der konfigurierten LED-Leuchte in eine Vergussform und Fixierung zumindest einer Zuleitung an der Vergussform, wobei zu vergießende Bauteile der LED-Leuchte die Wan- dungen der Vergussform nicht berühren; Verschwenken der Vergussform relativ zur Umgebung in einem Schwerkraft- system; Einbringen einer Vergussmasse in die Verguss- form bis die zu vergießenden Bauteile der LED-Leuchte voll- ständig mit der Vergussmasse umschlossen sind; optische Qualitätskontrolle auf Blasenfreiheit der Vergussmasse wäh- rend des Aushärtens und bedarfsweise wiederholendes Ver- schwenken der Vergussform, so dass innerhalb der Ver- gussmasse befindliche Blasen bzw. Gaseinschlüsse aus der Vergussmasse herausgefördert sind. Ferner betrifft die Erfindung eine LED-Leuchte mit mindes- tens einer LED, mindestens einer die LED elektrisch kon- taktierenden und mit Energie versorgenden Zuleitung, wobei die LED in einer Vergussmasse angeordnet ist, wobei die mindestens eine LED sowie optionale Bauteile der Tiefsee- LED-Leuchte und/oder gemeinsame oder jeweilige Träger und/oder Schnittstellen und/oder elektronische Bauteile voll- ständig von der Vergussmasse umschlossen sind.

Description: In deep water conditions, vision systems mounted on underwater robotic platforms require artificial light sources to illuminate the scene. The particular lighting configurations significantly influence the quality of the captured underwater images and can make their analysis much harder or easier. Nowadays, classical monolithic Xenon flashes are gradually being replaced by more flexible setups of multiple powerful LEDs. However, this raises the question of how to arrange these light sources, given different types of seawater and-depending-on different flying altitudes of the capture platforms. Hence, this paper presents a rendering based coarse-to-fine approach to optimize recent multi-light setups for underwater vehicles. It uses physical underwater light transport models and target ocean and mission parameters to simulate the underwater images as would be observed by a camera system with particular lighting setups. This paper proposes to systematically vary certain design parameters such as each LED’s orientation and analyses the rendered image properties (such as illuminated image area and light uniformity) to find optimal light configurations. We report first results on a real, ongoing AUV light design process for deep sea mission conditions.