微软“创新杯”翼栖铳鸭团队专访——水下救援机器人

“拯救者”号启航

专访西北工大智能化水下机器人项目

“'拯救者’号水下救援机器人” 项目

该项目来自西北工业大学的“翼栖铳鸭”团队，开发产品主要应用于潜水摄影、水下探测和水下救援领域，其中团队自主研发出图像增强去模糊算法和自动控制算法两大核心技术引起了现场评委的关注。据悉，该项技术的使用可将模糊的水下图像清晰化，并能实现水下机器人自主完成任务，提高抓取精度。相较于当前的行业现状，能够有效降低人工水下救援成本。我们的项目团队已经运作了五年，并不断整合多方面资源而日趋完善。     

小鹿创萌获悉，来自西北工业大学的“翼栖铳鸭”团队的“拯救者”号水下救援机器人于近日晋级2022 微软“创新杯”全球学生科技大赛中国区决赛。创萌君“翼栖铳鸭”团队队长李小驰同学进行了专访。

创萌君：能否介绍一下“翼栖铳鸭”团队以及为何选择“拯救者”号水下救援机器人这个项目作为课题研发和参加微软大赛？

植入人工智能算法

李小驰：“翼栖铳鸭”团队成立于2020年8月，由王妤旸同学、王焕竹同学、于沛涵同学和我组成，刘洋洋老师是我们的技术指导。我们团队是一个专注于视频与图像智能分析的云服务算法研究小组。目前团队的核心产品是“智能化水下机器人”，由技术团队自主设计研发，通过植入人工智能算法使得产品的各项性能得到大幅提升。

▲合影

队长：李小驰，电子信息专业研究生，负责商业规划、产品统筹、开发方向。

队员：王妤旸，王焕竹，于沛涵，分别为电子信息、信息与通信工程、信息与通信工程专业研究生，负责软硬件算法开发、技术攻关。

指导老师：刘洋洋。

贴近生活，实用价值大

李小驰：产品的定位为针对水下娱乐消费产业的水下救援机器人，因此目前主要客户群为水下娱乐消费行业，主要应用于潜水摄影、水下探测和水下救援领域。选择这个课题，选择这个课题是因为它很贴近我们的生活，实用价值也比较大，另外也是是因为我们专业上的优势。

团队自主研发的算法实现了多维度的识别，包括：统计、识别、区域热点抓取、路径追踪、跨镜头追踪、停留时间检索等等。目前团队研发的水下机器人分为三类：

TP001（水下摄影机）：功能简单，价格实惠。

TP002（拯救者号）：植入智能化算法和装载多种传感器，能够进行高清晰度的实时观测。

TP003（拯救者号捕获机）：在TP002的基础上加入吸纳泵和机械手可以自主完成捕获任务，实现水下救援的功能。

这三类既是迭代，也是满足不同用户需求的设计。

去模糊处理前

去模糊处理后

基于Azure的机器学习框架

创萌君：能不能介绍一下项目的核心技术？

李小驰：我们团队自主研发出图像增强去模糊算法和自动控制算法两大核心技术并将其植入水下机器人，使模糊的水下图像清晰化，将图像的模糊度由400下降到50，图像清晰程度提升了8倍，并能实现水下机器人自主完成任务，将抓取精度由已有产品的10cm降低至5cm。核心技术方面有以下两方面可以分享：

一、基于Azure的机器学习框架

在Azure上获得对开放源代码工具和框架的内置支持，用于机器学习模型训练和推理。使用 PyTorch框架，使用 ONNX 运行时可优化和加速跨云和边缘设备的推理。使用 MLflow 跟踪训练实验的各个方面，从而实现双目立体视觉检测，达到提升机器人鲁棒性的效果。

二、水下图像去模糊

需要图像去模糊技术来增强或修复摄像头捕捉的图像, 以改善视觉效果。本团队使用的模型与其他几种比较经典和先进的图像去模糊模型或算法在 GOPRO 数据集和 Sun2012 数据集上进行定量和定性比较。取PSNR和SSIM作为评价指标，对比结果如图所示。

此外，还有双目视觉立体检测技术。由于水下环境复杂，采用双目立体视觉，引入人工神经网络方法，采用双目摄像头模拟人类双眼处理景物的方式，从两个视点观察同一场景，获得不同视角下的一对图像，然后通过左右图像间的匹配点，恢复出场景中目标物体的几何形状和位置等三维信息，测量出水下机器人到物体的距离，以实现高效抓取、科学抓取，省去人工抓取的繁琐及危险性。

消费级水下机器人

创萌君：在项目研发和市场落地方面有什么样的规划？

李小驰：我们的产品可以有效降低潜水、水下探测等行业的危险性。经过团队的深入调研，市场上生产消费级水下机器人业务的公司很少，行业存在空白。目前的发展趋势是水下机器人正在由工业级转向消费级，由专业化转向大众化，所以我们目前的主要客户群为消费娱乐行业具有一定规模的公司或个人。

我们的项目产品目前已经比较成熟，有三个特征：

首先是性价比高。本团队产品相较于市场上同类产品价格低了约20%，使用寿命达5年以上，每年可给水下娱乐产业降低50万成本。具有更高的性价比。

其次是清晰度高。本团队的水下智能机器人植入了图像增强去模糊处理算法，能够将水下环境清晰地呈现在客户眼前。

最后是智能化程度高。产品运用智能控制算法，操作简单，学习成本小。

为了保持研发深入和项目的可持续发展，团队会进一步满足企业碎片化的算法需求。

微软大赛之约 

创萌君：西北工业大学是我国唯一一所以同时发展航空、航天、航海（三航）工程教育和科学研究为特色的全国重点大学，也是位列国家“世界一流大学建设高校A类”、985工程、211工程的大学。选择江苏赛区参赛的原因是什么？是项目推广安排的想法还是偶然。此外，对江苏赛区的组织、服务以及后续的项目支持等，也希望提出宝贵的意见和建议。

李小驰：之所以选择江苏赛区参赛，是在很偶然的情况下看到了公众号里的参赛通知，恰好我们做的项目满足参赛要求，就报名参赛了。也许，与微软大赛之约、从参赛的紧张到获奖喜悦一路走来，都是缘分使然。对于赛事组织，因为和工作人员、赛前辅导老师、评委老师等等都是线上交流，很希望疫情结束可以线下比赛，那么交流起来会更顺畅，收获也会更多。

小鹿君预祝“拯救者”号项目在中国区决赛上有更加出色的表现，扬帆起航。