[發明專利]一種基于多模型融合的船舶水尺讀數自動識別方法

有效

• 申請號: 202110248503.0
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN112598001B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 田愛軍;陳瑋;高斌;羅偉;尹彥卿;蔡旭陽
• 申請（專利權）人: 中航金城無人系統有限公司
• 主分類號: G06K9/32
• 分類號: G06K9/32;G06K9/34;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 南京冠譽至恒知識產權代理有限公司 32426
• 代理人: 夏恒霞

本發明公開了一種基于多模型融合的船舶水尺讀數自動識別方法，包括以下步驟：（1）對原始圖像進行水尺區域檢測；（2）從原始圖像中摳取水尺局部圖像；（3）對水尺局部圖像進行圖像處理；（4）矯正原始圖像得到矯正后的原始圖像；（5）摳取矯正后的水尺局部圖像，刻度字符檢測獲得刻度字符檢測結果；（6）對于刻度字符檢測結果進行矯正，得到水尺刻度讀數；（7）建立刻度讀數模型；（8）將矯正后的原始圖像進行圖像分割，獲得吃水線位置信息；（9）將吃水線位置信息輸入刻度讀數模型計算得到水尺吃水線的刻度讀數；本發明能夠有效解決當前船舶水尺自動讀數問題，極大的提高了工作效率；且能夠復用至其他有關水尺讀數的應用場景中。

技術領域

本發明涉及一種基于多模型融合的船舶水尺讀數自動識別方法，屬于船舶水尺刻度檢測領域。

背景技術

隨著船舶運輸業的發展，船舶六面水尺吃水數值的讀取成為水尺計重計量準確性的最關鍵因素，原有的人工目測讀數方法存在誤差大、過于主觀等問題；另外觀測環境的不便利，增加了人工目測的成本和工作量，也增加了人員安全的風險；除了傳統人工目測方法，目前已有多種方案嘗試解決該問題；基于物理傳感器的方法有：通過在安裝雙壓力傳感器來檢測船舷吃水深度；或者通過超聲波傳感器發射超聲波，根據超聲波從水面反射回甲板所需的時間來計算吃水線的位置信息；或者直接利用激光測距傳感器直接獲得水面位置；上述方法都有安裝困難、施工困難、精度易受環境影響等問題；因此，基于圖像視頻算法的自動讀取水尺讀數的方法及應用很有必要。

圖像識別方法包括三個主要模塊：吃水線定位、字符識別、讀數數值預估；基于傳統圖像識別的方法：輸入水尺圖像，通過圖像處理的邊緣檢測水面線位置，利用圖像二值化定位刻度數字位置，再通過模板匹配等方法進行識別，最后擬合預估水尺吃水刻度值；此類方法泛化性、魯棒性較差，局限于部分水尺場景，易受船體銹跡、水際線等因素影響，水面線檢測定位和數字識別精度都無法得到保證；近年來也有基于深度學習的相關方法被提出，利用訓練深度學習網絡來實現刻度字符識別和定位，利用圖像分割網絡來定位吃水線位置信息，二者結合利用最小二乘法等方法預估吃水線；此類方法目前存在的問題是，對整張圖像進行字符定位和識別誤檢的誤識別率較高，且字符定位的包圍框不夠貼合，引起較大的讀數誤差；另外不能很好地解決水尺在圖像中有傾斜、旋轉角度等情況；另外由于船體本身存在非平面內的旋轉傾斜角度，刻度字符的數值和其間隔呈現非線性狀態，易增加讀數誤差。

發明內容

本發明的目的是對于現有圖像識別類方法存在的問題和缺點進行針對性的優化和解決，因此本發明提供了一種基于多模型融合的船舶水尺讀數自動識別方法，具有靈活度高、精確度高、泛化性魯棒性高等特點；能夠有效解決當前船舶水尺自動讀數問題，極大的提高了工作效率；且能夠復用至其他有關水尺讀數的應用場景中。

為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：

一種基于多模型融合的船舶水尺讀數自動識別方法，包括以下步驟：

（1）對采集的原始圖像進行水尺區域檢測；

（2）從原始圖像中摳取水尺局部圖像；

（3）對水尺局部圖像進行圖像處理，獲得其變化的旋轉平移矩陣M；

（4）原始圖像經過步驟（3）獲得的旋轉平移矩陣M矯正，得到矯正后的原始圖像；

（5）根據矯正后的原始圖像旋轉中心位置信息和長寬數值摳取矯正后的水尺局部圖像，對矯正后的水尺局部圖像進行刻度字符檢測，獲得刻度字符檢測結果，刻度字符檢測結果包括刻度字符的讀數信息和邊界包圍框；

（6）對于刻度字符檢測結果進行矯正，得到水尺刻度讀數；

（7）根據步驟（6）得到的水尺刻度讀數中每個刻度讀數和其對應的位置信息進行多項式擬合，獲得水尺刻度讀數與縱軸位置的非線性關系式，建立刻度讀數模型；