[發明專利]一種基于三維視景的港水域航標助航系統及方法

在審

• 申請號: 202010008385.1
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111238478A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 沈金城;郭志富;李文鋒;伊富春;方瓊林;邵哲平;陳麒龍;洪長華;張志昌;薛晗
• 申請（專利權）人: 交通運輸部東海航海保障中心廈門航標處
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 廈門市精誠新創知識產權代理有限公司 35218
• 代理人: 徐銘锽

本發明涉及水上交通技術領域，具體地說，涉及一種基于三維視景的港水域航標助航系統及方法。其方法包括如下步驟：采用視頻圖像以增強場景模型的深度感和真實感；對三維視景進行增強處理；基于計算機視覺技術獲得航標最優視景。該基于三維視景的港水域航標助航系統及方法中，在提供電子海圖的基礎上提供水上航標環境實景模型，改善視覺體驗，使用戶更直觀地認識理解航標配布意圖，減輕視頻監控的網絡流量壓力，使得能夠通過讀取實時遙測經緯度數據，采用基于時空正則相關濾波器在線學習跟蹤航標來處理海浪中的燈質閃爍。

技術領域

本發明涉及水上交通技術領域，具體地說，涉及一種基于三維視景的港水域航標助航系統及方法。

背景技術

本發明旨在通過增強現實，力求航海保障體系立體監控和構建統一調配的海事信息共享大平臺。集成通信及計算機網絡、電子海圖系統、航標基礎數據庫、增強現實等多項技術，將遙測遙控實時數據和增強現實的光學影像數據充分有效地融合，將原本的信息孤島轉變成助導航大數據所需的“助導航云”，實現信息的無縫共享，為助導航大數據中各種不同類型數據的關聯進行深度挖掘及再利用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于三維視景的港水域航標助航系統及方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述技術問題的解決，本發明的目的之一在于，提供一種基于三維視景的港水域航標助航方法，其方法包括如下步驟：

S1、采用視頻圖像以增強場景模型的深度感和真實感；

在提供電子海圖的基礎上提供水上航標環境實景模型，改善視覺體驗；使用戶更直觀地認識理解航標配布意圖，熟悉該航道配布的燈塔、燈樁、燈浮標、無線電航標等各類助航設施的數量、位置及相應技術參數，并根據航標實景圖及海圖圖示，根據航標助航指南在該航道實現定位、轉向、避險等操作，保障船舶的安全、便捷航行；

S2、對三維視景進行增強處理；

實現增強現實的三大核心技術，即虛實空間的實時三維注冊、虛實景物的高保真融合、高效的人機交互，通過最小二乘法標定多航標的投影變換與攝像機參數，進行相機標定，即通過運算來求相機的各個參數，包括光學參數和幾何參數，光學參數為相機的內參數，幾何參數為相機的外參數，包括相機在空間中由于運動產生的旋轉矩陣和平移矢量。通過讀取實時遙測經緯度，實現實時三維重建。在本發明中，三維重建的目的是為了減輕視頻監控的網絡流量壓力，使得能夠通過讀取實時遙測經緯度數據，來重建航標的三維視景。這樣可以延長視頻監控幀與幀之間的周期間隔，減輕網絡流量和減小硬盤存儲容量。

S3、基于計算機視覺技術獲得航標最優視景。

采用基于時空正則相關濾波器在線學習跟蹤航標來處理海浪中的燈質閃爍，基于角點檢測配準的全景圖像拼接，基于多曝光融合的低照度圖像增強，基于卷積神經網絡的去霧技術，使得處理后的精度和質量效果達到或超過商業同行水準。

作為優選，所述三維視景進行增強處理的方法包括如下步驟：

S1.1、三維場景與攝像機所拍攝到的視頻圖像的二維成像平面之間變換，其變換關系如下：

式中(X_w,Y_w,Z_w)為三維場景中的坐標，(x,y)為二維成像平面中的坐標，R為旋轉矩陣，t為平移向量，α_x，α_y，u₀，v₀為變換與攝像機內部參數，γ為徑向畸變修正量；

展開投影方程，可記為：

考慮海面的特殊性，Z_w＝0，可以簡化為：