[發(fā)明專利]一種基于圖像紋理特征的水面浪級監(jiān)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210217025.8
• 申請日: 2012-06-27
• 公開（公告）號: CN102878985A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王建華;熊亞洲;劉康克;李剛;馮海濤;張曉杰
• 申請（專利權(quán)）人: 上海海事大學(xué)
• 主分類號: G01C13/00
• 分類號: G01C13/00;G01C11/00
• 代理公司: 上海衡方知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31234
• 代理人: 曹琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水面浪級監(jiān)測方法，尤其涉及一種基于圖像紋理特征的水面浪級監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

波浪的運動與產(chǎn)生是海洋中最常見的物理現(xiàn)象之一，波浪檢測對于海上運輸和作業(yè)、海洋環(huán)境預(yù)報以及海洋科學(xué)研究都是非常重要的。

現(xiàn)有的波浪測量方法有：加速度測量法、壓力法、波面測量法、波面粗糙度反演法等，其中除波面測量法之外其他均為間接測量。波面測量法是利用測量波面高度變化的方法來測量波浪參數(shù)的，即利用固定高度的探頭測量其至水面距離的變化來實現(xiàn)波浪測量，多數(shù)采用非接觸式（遙測）如激光、微波、或超聲波等測量方式；波面測量設(shè)備可以安裝在水面以上的海洋構(gòu)筑物如海洋石油平臺上。這些傳統(tǒng)的波浪監(jiān)測的設(shè)備采用單點測量方式，測量范圍小。即使多點布設(shè)測量儀器，測量范圍也是有限的，且布防難度大、易丟失、維護成本高。

隨著遙感和遙測技術(shù)的發(fā)展，采用圖像測量海洋波浪參數(shù)的方法得到進一步的應(yīng)用。用視頻圖像監(jiān)測波浪參數(shù)，與傳統(tǒng)的海洋監(jiān)測設(shè)備相比較，有測量范圍大、整體性強的優(yōu)點。目前采用多種方式獲取圖像包括衛(wèi)星遙感圖像、飛機航空拍攝圖像、船舶航行時拍攝圖像、岸邊或平臺固定攝像裝置拍攝的圖像等，可以用于波浪參數(shù)的測量。

應(yīng)用圖像不僅能記錄波浪的靜態(tài)信息，而且還可以記錄波浪的動態(tài)信息，能夠測量出波浪的運動參數(shù)。目前，國際上領(lǐng)先的海洋視頻圖像監(jiān)測技術(shù)首推美國的?Argus項目（Holman，R.A.and?J.Staney.The?history?and?technical?capabilities?of?Argus，Coastal?En-gineering[J].2007，54(6-7)，477-491.）。現(xiàn)有文獻報導(dǎo)的視頻圖像波浪測量方法包括：通過檢測波浪運動中產(chǎn)生的碎波白冠，在圖像處理中跟蹤具有較高亮度的波峰帶，來獲取運動參數(shù)的方法；通過傅里葉變換檢測波浪運動中頻譜和相關(guān)函數(shù)，獲取運動參數(shù)的方法；通過小波變換分離波浪運動頻譜各向異性獲取方向參數(shù)的方法；基于波浪爬高的檢測方法和基于波浪沖刷時空特性的波浪檢測方法。

上述波浪監(jiān)測技術(shù)可在一定條件下，監(jiān)測一定范圍和類型的波浪，各具優(yōu)點和局限性，尚不能很好解決波浪的實時監(jiān)測問題。為此，有必要設(shè)計一種更有效的水面浪級監(jiān)測方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于圖像紋理特征的水面浪級監(jiān)測方法，方便對一定水面區(qū)域的浪級進行有效的監(jiān)測。

本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，

一種基于圖像紋理特征的水面浪級監(jiān)測方法，包括以下步驟：

1）采集水面待監(jiān)測區(qū)域的波浪圖像；

2）計算圖像的灰度共生矩陣，并進行歸一化處理；

3）計算歸一化處理后灰度共生矩陣的四個特征量：能量、相關(guān)性、對比度和熵；

4）對上述四個特征量進行融合，識別并輸出浪級參數(shù)。

在一個實施例中，步驟1）中，波浪圖像的分辨率為640×480。

在一個實施例中，步驟2）中，計算圖像的灰度共生矩陣時，圖像的灰度級L=16。

步驟2）中，計算灰度共生矩陣時，矩陣元素P(a，b|d，θ)根據(jù)下式計算：

P(a,b|d,θ)＝#{(x,y)|f(x,y)＝i,f(x+dx,y+dy)＝j(luò);x＝0,1，2,…M-1;y＝0,1,2,…N-1}；

歸一化處理后的矩陣元素G(a，b)根據(jù)下式計算：