Contributions to Robot-based Vessel Visual Inspection

espanolEl transporte maritimo es una de las maneras mas efectivas de transportar mercancias de un lugar a otro del mundo. Aunque hoy en dia se llevan a cabo muchos esfuerzos para evitar los accidentes maritimos, estos todavia ocurren y, de vez en cuando, tienen consecuencias catastroficas en terminos ambientales, humanos y/o economicos. Los danos estructurales causados por grietas y/o corrosion son la causa principal de estos accidentes y, por ello, los barcos son sometidos a inspecciones periodicas con el objetivo de garantizar su integridad estructural. Para llevar a cabo una inspeccion, los barcos son vaciados y llevados a un astillero donde se instalan andamiajes para permitir a los inspectores alcanzar las zonas mas altas de su estructura. Estas inspecciones se realizan muchas veces en entornos peligrosos o de dificil acceso. En terminos economicos, el proceso puede suponer un desembolso de hasta un millon de dolares. Por todo ello, cualquier contribucion que suponga una reduccion en el tiempo/coste de la inspeccion, o un incremento en la seguridad de los operarios, esta justificada. En esta tesis se proponen nuevas herramientas tecnologicas que pretenden contribuir al rediseno de los procesos de inspeccion visual de barcos. Por un lado, se propone una nueva plataforma robotica aerea que permite al operario realizar la inspeccion del barco desde una posicion segura y comoda. Esta plataforma consiste en un dispositivo de facil manejo que ha sido desarrollado siguiendo el paradigma de la Autonomia Supervisada, de tal manera que el vehiculo se encarga de todas las tareas referentes a la seguridad, mientras que el operario proporciona las consignas de desplazamiento y puede centrarse en el proceso de inspeccion. Por otro lado, se proponen diversos algoritmos basados en vision para la deteccion de defectos en la estructura del barco. En primer lugar, se proponen varios metodos para la deteccion de corrosion, basados en la combinacion de diferentes descriptores de color y de textura. En segundo lugar, se propone un algoritmo para la deteccion de grietas que combina la extraccion de contornos con un proceso de crecimiento de regiones. Finalmente, se evalua el concepto de notoriedad para la deteccion de defectos genericos, y para la mejora del rendimiento de los detectores de corrosion y de grietas. La plataforma robotica y los detectores de defectos propuestos han sido evaluados tanto en laboratorio como durante pruebas de campo realizadas a bordo de un barco real. Los resultados obtenidos permiten confirmar la utilidad y el buen rendimiento de las diferentes herramientas tecnologicas propuestas. EnglishVessels are nowadays one of the most cost effective ways to transport goods around the world. Despite the efforts to avoid maritime accidents, these still occur and, from time to time, have catastrophic consequences in environmental, human and/or economic terms. Structural failures caused by cracks and/or corrosion are the main cause of these accidents and, as such, vessels are submitted to periodical inspections in order to ensure their structural integrity. To carry out this task, vessels have to be emptied and situated in a dockyard where high scaffoldings are installed to allow the human inspectors to reach the highest parts of the vessel structure. Besides, the surveys are on many occasions performed in hazardous environments with difficult access. In economic terms, total expenses can reach up to one million dollars. Therefore, it is clear that any level of automation of the inspection process that can lead to a reduction of the inspection time, a reduction of the financial costs and/or an increase in the safety of the operation is fully justified. In this regard, this dissertation presents novel technological tools to contribute to re-engineering the process of vessel visual inspection. On the one hand, a novel aerial robotic platform is proposed to allow the surveyor to perform a proper inspection from a safe and comfortable position. It consists in an easy-to-use device which has been developed around the Supervised Autonomy paradigm, so that the vehicle is in charge of all the safety-related issues, while the surveyor provides the displacement commands and focuses on the inspection process. On the other hand, novel vision-based algorithms for defect detection on vessels structures are proposed. Firstly, several corrosion detection methods are described, based on the combination of different colour and texture descriptors. Secondly, a crack detection method, which combines edge detection with a region growing procedure, is proposed. Finally, the idea of saliency for detecting generic defects on vessel structures is evaluated, and also to improve the performance of the corrosion and crack detectors. The aerial platform and the defect detectors are evaluated both under laboratory conditions and during field tests performed on board real vessels. The results obtained allow to confirm the usability and the good performance of all the proposed technological tools. catalaEl transport maritim es una de les maneres mes efectives de transportar bens d’un lloc a l’altre del mon. Encara que avui dia es realitzen grans esforcos per tal d’evitar els accidents maritims, aquests encara ocorren i, de tant en tant, tenen consequencies catastrofiques en termes ambientals, humans i/o economics. Els problemes estructurals causats per esquerdes i/o corrosio son la causa principal d’aquests accidents i, per aixo, els vaixells son sotmesos a ins-peccions periodiques amb l’objectiu de garantir la seva integritat estructural. Per dur a terme una inspeccio, els vaixells son buidats i portats a una drassana on s’instal·len bastides que permeten als inspectors arribar a les zones mes altes de la seva estructura. Aquestes inspeccions es realitzen sovint en compartiments perillosos o de dificil acces. En termes economics, el proces pot suposar un desemborsament de fins a un milio de dolars. Per tot aixo, qualsevol contribucio que suposi una reduccio en el temps/cost de la inspeccio, o un increment en la seguretat dels operaris, esta justificada. En aquesta tesi es proposen noves eines tecnologiques que pretenen contribuir al redisseny dels processos d’inspeccio visual de vaixells. D’una banda, es proposa una nova plataforma robotica aeria que permet a l’operari realitzar la ins-peccio del vaixell des d’una posicio segura i comoda. Aquesta plataforma consisteix en un dispositiu de facil us que ha estat desenvolupat seguint el paradigma de l’Autonomia Supervisada, de tal manera que el vehicle s’encarrega de totes les tasques referents a la seguretat, mentre que l’operari proporciona les consignes de desplacament i pot centrarse en el proces d’inspeccio. D’altra banda, es proposen diversos algorismes basats en visio per a la deteccio de defectes en l’estructura del vaixell. En primer lloc, es proposen diversos metodes per a la deteccio de corrosio, basats en la combinacio de diferents descriptors de color i de textura. En segon lloc, es proposa un algorisme per a la deteccio d’esquerdes que combina l’extraccio de contorns amb un proces de creixement de regions. Finalment, s’avalua el concepte de notorietat per a la deteccio de defectes generics, i per a la millora del rendiment dels detectors de corrosio i d’esquerdes. La plataforma robotica i els detectors de defectes proposats han estat avaluats tant en laboratori com durant proves de camp realitzades a bord d’un vaixell real. Els resultats obtinguts permeten confirmar la utilitat i el bon rendiment de les diferents eines tecnologiques propostes.