[发明专利]一种船载视场可调的海面观测装置及方法

权利要求书

1.一种船载视场可调的海面观测装置，其特征在于其包括船载定位装置（7）、高清摄像机（4）和固定机构，其中船载定位装置（7），可采用单机GPS终端、差分GPS终端或实施动态差分GPS终端，用于获取船舶的准确位置；高清摄像机（4），可采用具有高清摄像能力的商用摄像机，用于获取时间序列的海面信息；固定机构，用于将高清摄像机（4）固定在船舶上，具有视场角度可调功能。

2.如权利要求1所述的一种船载视场可调的海面观测装置，其特征在于所述固定机构包括固定杆（1）与活动杆（3），固定杆（1）的一端与活动杆（3）的一端铰接，活动杆（3）的另一端设置高清摄像机（4），活动杆（3）与固定杆（1）之间设置有支撑杆（2），支撑杆（2）的一端与活动杆（3）铰接，支撑杆（2）的另一端可与设置在固定杆（1）上的多个活动螺丝（5）中的任意一个连接，固定机构通过固定杆（1）固定于船舶上。

3.一种使用如权利要求1所述装置的船载视场可调的海面观测方法，其特征在于其包括以下处理步骤：

使用该装置前，需将高清摄像机（4）和船载定位装置（7）的时间进行同步；

装置安装与测量；

通过调节固定机构获得适当的视场角度；

打开船载定位装置（7）和高清摄像机（4）的电源开关，获取船舶航行中的位置信息和时间序列的海面观测信息；

基于同步的观测获取的时间序列的位置信息和海面观测信息，进行处理分析获得海洋观测目标的信息，如位置、面积。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于步骤（1）中，将船载定位装置（7）的时间同步到卫星定位系统的系统时间，同时将高清摄像机（4）的系统时间更新到船载定位装置（7）的时间，使得两者保持时间同步。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于步骤（2）中，将固定机构固定到船舶上，固定机构可以采用垂直和水平两种固定方法，根据需要可选择垂直固定于船舶侧面，也可以水平固定于甲板或船舶顶棚，固定方法，可以采用焊接方法或螺丝固定的方法，完成固定机构的固定后，将高清摄像机（4）固定于固定机构上，安装船载定位装置（7）到船上，并测量高清摄像机（4）到海面的垂直高度h、摄像机和船载定位装置（7）的水平距离dX和dY。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于步骤（3）中，根据摄像机的监视器观测视场，调节固定机构的视场角度θ和高清摄像机的焦距f，使得高清摄像机（4）的视场范围和观测距离适当，同时记录高清摄像机（4）的传感器垂直尺寸l和水平尺寸k、以及设定的行数m和列数n。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于步骤（4）中，根据海面观测任务的需要，将船载定位装置（7）和高清摄像机（4）开机，使两者处于同步工作状态，分别获取时间序列的位置信息和海面观测视频信息。

8.如权利要求3所述的方法，其特征在于步骤（5）中对步骤（4）获取的同步的时间序列位置信息和海面观测视频信息进行处理分析，根据连续观测获得的录像信息，获得具有海面粗糙度或色调异常区信息的录像片段，确定存在异常区域的范围，获得异常区域中像素，通过分析和计算每一个异常像素的位置和面积等信息，计算方法如下：

根据摄像机的传感器的垂直尺寸                                               和水平尺寸和设定的摄像图像的行数m和列数n，可计算高清摄像机（4）的倾斜视场角（垂直方向）为：

水平视场角为：

根据同步观测的船载观测装置位置（X₀,Y₀）和和步骤（2）测量获得的dX和dY, 可计算高清摄像机（4）的位置（x₀,y₀），计算方法如下：

，

根据高清摄像机（4）成像原理，利用步骤（2）测量获得的高清摄像机（4）到海面的垂直高度h步骤（3）记录的固定机构的视场角度θ和高清摄像机（4）的焦距f以及高清摄像机（4）设定的行数m和列数n。

9.高清摄像机（4）获得的每一帧图像中任意位置像素（i，j）的中心位置为：

       

     

该像素的四个顶点a、b、c、d坐标、、、的计算公式分别为：

    

 

  

 

   

 

   

 

进而，该像素的面积计算公式为：

    

完成全部异常区域像素的计算后就能得到异常区域的位置和面积信息。