[發明專利]一種雙目視覺系統測量船舶距離與高度的方法

在審

• 申請號: 201711050019.7
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107884767A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 劉新東;何信;周曙;張新征;鄧義軍;羅志維;凌政;王曉俊;周正昊
• 申請（專利權）人: 暨南大學;廣州忘平信息科技有限公司
• 主分類號: G01S11/12
• 分類號: G01S11/12;G01B11/06
• 代理公司: 廣州凱東知識產權代理有限公司44259
• 代理人: 姚迎新

技術領域

本發明涉及具體涉及橋梁防撞系統中一種雙目視覺系統測量船舶距離與高度的方法。

背景技術

我國江河眾多，越來越多的跨江橋梁建設對我國經濟發展具有極大的促進作用。但與此同時，由于橋區水域通航環境復雜，往往成為水上交通事故多發地帶，帶來巨大的人員、經濟、環境等方面的損失。船舶碰撞橋梁事故的成因多種多樣，但往往是由于橋梁自身“先天條件”不足，以及船舶操作不當造成的。

有的老舊橋梁在設計時，尺度、防撞等滿足當時的航道等級設計標準，由于航道升級，船舶大型化，這些老舊橋梁不能滿足現在船舶的通航需求。隨著船舶大型化的發展，橋梁凈空尺度不足，船舶超高、超吃水，違章航行等問題日益嚴重，不僅給海事部門監管帶來了巨大的壓力，通航安全也受到了嚴重威脅。

目前國內的船舶測距及超高檢測技術較為落后，大多以引進國外的測距測高系統和設備為主，且大多集中在研究利用超聲波和激光測距測高，但超聲波測距測高系統不適用于多風場合，而激光測距測高系統需要采用激光發射器、激光接收器以及多種光學傳感器，較多的傳感器致使其制作難度較大，成本較高，并且由于需要保持光學系統的干凈，在橋區露天場所使用維護很不方便。鑒于此，亟需設計一種采用單一模式的傳感系統同時實現橋梁防撞預警系統中船舶距離與高度的測量。

目前主要的限制船舶超高的方法是根據船舶的噸位的情況，根據水位信息，結合通航的經驗，實時的凈空等信息，對通航船舶的噸位進行籠統的限定，但往往由于監管難度大，規定的不確定性，以及當地經濟發展的需求，無法對船舶做出合理的強制性的規定。船舶能否通過橋梁主要由船舶操作人員根據經驗，以及當時的環境信息，自己做出判斷是否通過橋梁。但一些船舶操作人員心存僥幸心理，以及每座橋梁凈空高度不同，加上外來船舶對地形環境不了解，往往成了事故發生的主要原因。

發明內容

本發明的目的在于提供一種雙目視覺系統測量船舶距離與高度的方法，在船舶靠近橋梁的過程中，能夠實時監測船舶到橋梁的距離，檢測船舶高度是否超過橋梁規定通航高度，防止船舶撞擊橋梁的事故發生，保障人民生命財產安全，減小系統成本，降低系統調試與維護難度。

本發明通過以下技術方案實現的：

一種雙目視覺系統測量船舶距離與高度的方法，包括以下步驟：

步驟1:建立由兩個獨立的攝像頭系統組成的兩個雙目視覺系統，該雙目視覺系統用于船舶測距測高；

步驟2:單個攝像頭標定，得出每一個攝像頭的內部參數和兩個攝像頭之間的相對位置；

步驟3：兩個攝像頭分別獲取左右圖像并進行預處理，得到船舶的基本輪廓信息，從而獲取輪廓上及輪廓內部二維圖像像素點坐標；

步驟4：雙目校正，匹配目標點在左右圖像上對應的像點，計算目標點在左右兩個圖像上形成的視差；

步驟5：立體匹配，根據視差，得到視差圖；

步驟6：三維重建；獲取到視差數據之后，結合標定參數和船舶輪廓區域的二維像素點坐標，即可將圖像中的二維點坐標重投影為三維世界坐標；

步驟7：在幀圖像中檢測出船舶的輪廓，獲取船舶輪廓上及輪廓內的像素點二維坐標數據，將二維坐標轉換為三維坐標，利用三角測距原理，計算出船舶到橋梁的距離，就得到了距離數據。

步驟8：在幀圖像中檢測出船舶的輪廓，獲取幀圖像中船舶輪廓上及輪廓被的像素點二維坐標數據，將二維坐標轉換為三維坐標，提取出三維坐標點中y值最大和最小的坐標，最小的y坐標值減去最大的y坐標值即得到船舶的高度。

進一步地，步驟1中的兩個雙目視覺系統包括兩臺焦距及其它內部參數均相同的攝像機，兩臺攝像機按光軸互相平行、X軸互相重合、沿X軸相距T的位置放置。

進一步地，步驟2基于棋盤格標定法，計算出每個攝像頭的內參和外參，從而得到攝像頭焦距f和成像原點cx,cy，并消除攝像頭的徑向畸變和切向畸變以及得到標定物的世界坐標，雙目攝像頭定標得出每個攝像頭的內部參數，與兩個攝像頭之間的相對位置，即以左攝像頭為基準，右攝像頭相對于左攝像頭的旋轉矩陣R、平移向量t。

進一步地，步驟3通過安裝于橋梁上的雙目視覺系統左右兩個攝像頭同步抓取水面圖像，實現對船舶信息的采集，對圖像進行灰度處理、高斯模糊預處理步驟，去除存在的噪聲；對船舶進行輪廓檢測，得到船舶的基本輪廓信息，獲取輪廓上及輪廓內部二維圖像像素點坐標。