- Onderzoek
- 13/12/2019
Intelligente camera’s detecteren automatisch bermbommen
Bermbommen zijn gemakkelijk te maken en te verbergen, en zeer dodelijk. Ze zijn daarom het favoriete wapen van opstandelingen en terroristen overal in de hele wereld. Het vinden en uitschakelen van dit wapentuig is echter erg lastig. TU/e-promovendus Dennis van de Wouw heeft in nauwe samenwerking met het bedrijfsleven en deskundigen van het Nederlandse ministerie van Defensie een systeem ontwikkeld dat militairen in een vroeg stadium waarschuwt voor bermbommen.
Bermbommen en andere geïmproviseerde explosieven (IED’s in het Engels) vormen een ernstige bedreiging voor zowel militairen als burgers in conflictgebieden. Ze zijn gemakkelijk te vervaardigen met behulp van simpele spullen die iedereen in zijn huis heeft. Bovendien zijn de instructies om ze te maken gewoon online te vinden, en vereist de fabrikage geen militaire training. Daarnaast zijn ze gemakkelijk te verbergen en zeer effectief: tweederde van alle coalitieslachtoffers in Afghanistan zijn het gevolg van IED’s. Zij zijn dan ook het favoriete wapen geworden van opstandelingen en terroristen in conflictgebieden over de hele wereld.
Om het aantal slachtoffers tijdens militaire transporten te verminderen, is regelmatig toezicht op de routes met een hoog risico vereist. Een effectieve methode van surveillance zijn grondpatrouilles. Die lokaliseren die potentiële bedreigingen door te zoeken naar verdachte patronen in de omgeving.
Dit is een zeer veeleisende taak, omdat het voor mensen erg lastig is om zich langere tijd in een onbekende omgeving te concentreren op een taak. Kortom: er is dus grote behoefte aan een systeem dat militairen kan helpen bij het vinden van potentiële bedreigingen tijdens hun operaties.
Omvang, vorm en kleur
Elektro-ingenieur Dennis van de Wouw ontwikkelde, samen met zijn partners, een camerasysteem voor militaire voertuigen dat real-time en vroegtijdig waarschuwt voor IED’s. Het systeem is in staat om automatisch onbekende objecten en verdachte veranderingen in de omgeving te detecteren. Geautomatiseerde opsporing van dergelijke onbekende objecten is erg moeilijk met conventionele detectietechnieken, omdat het eenvoudigweg niet bekend is hoe de IED eruit ziet. Het kan elke omvang, vorm en kleur hebben.
Hij ging daarom uit van de aanname dat het plaatsen van een IED subtiele veranderingen veroorzaakt in het omgeving, zoals graafsporen of de aanwezigheid van zogenaamde 'triggers', die door opstandelingen of terroristen worden gebruikt om IED te doen ontploffen. Daarom rustte Van de Wouw een jeep uit met een intelligent videosysteem dat in staat is om tijdens het rijden automatisch verdachte veranderingen in de omgeving te vinden. Dit systeem bestaat uit een stereocamera (een camera met twee lenzen die 3D-beelden genereert), een GPS-positiebepalingssysteem en een beeldanalyseplatform.
Het systeem registreert automatisch de omgeving en vergelijkt deze beelden met eerdere opnames, bijvoorbeeld van een eerdere opruim-operatie. Elke verandering wordt vervolgens door het systeem geanalyseerd. Alleen de wijzigingen die wijzen op de mogelijke aanwezigheid van een IED, worden via een interactieve grafische gebruikersinterface (GUI) aan de militaire operator getoond. "Hierdoor kan een militair de juiste acties ondernemen, zoals tijdig stoppen voor verdere inspectie van de potentiële dreiging, of deze helemaal vermijden", aldus Van de Wouw.
Uitdaging
Zijn belangrijkste uitdaging was het ontwerpen van een systeem dat historische en live-beelden van de omgeving nauwkeurig met elkaar kan vergelijken. Dat is moeilijker dan het lijkt: het gezichtspunt van de opnames kan verschillen, net zoals de weersomstandigheden en het tijdstip van de dag, waardoor er verwarrende veranderingen in perspectief en licht ontstaan.
Met behulp van stereocamera's, geavanceerde 3D-modellering en automatische beeldanalyse is het Van de Wouw gelukt een robuust systeem te maken dat in staat is verdachte veranderingen in de omgeving met succes op te sporen. Bovendien voerde hij eerste verkennende experimenten uit met kunstmatige intelligentie, die veelbelovende resultaten laten zien, zelfs onder erg lastige lichtomstandigheden.
Het ontwikkelde systeem is met succes getest op militair terrein van het ministerie van Defensie. Daar bleek het in staat om alle 'onbekende' testobjecten en veranderingen te detecteren met minimaal een middelgroot contrast. Een woordvoerder van het ministerie is dan ook erg te spreken over het werk van Van de Wouw en partners, vooral over de snelheid waarmee het systeem de waarschuwingssignalen verwerkt.
Timing
"De waarschuwing moet op tijd komen, zodat het militaire voertuig op een veilige afstand van de bermbom kan stoppen. Dit vergt erg veel van de timing van de parallelle gegevensverwerking. Tot dusver zien de resultaten er erg veelbelovend uit”, zegt Silvester de Bruin, adviseur innovatie op het ministerie.
Volgens Van de Wouw, die woensdag 11 december op zijn onderzoek promoveerde, is het waarschuwingssysteem een van de weinige functionele IED-detectiesystemen die in staat zijn om kleine verdachte veranderingen in de omgeving in realtime te vinden. Hij werkt nu voor ViNotion, een spin-off van de onderzoeksgroep Video Coding and Architectures van de TU/e, waar hij deze technologie verder ontwikkelt in nauwe samenwerking met het ministerie van Defensie.
Discussie