[发明专利]一种双目视觉系统测量船舶距离与高度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及具体涉及桥梁防撞系统中一种双目视觉系统测量船舶距离与高度的方法。

背景技术

我国江河众多，越来越多的跨江桥梁建设对我国经济发展具有极大的促进作用。但与此同时，由于桥区水域通航环境复杂，往往成为水上交通事故多发地带，带来巨大的人员、经济、环境等方面的损失。船舶碰撞桥梁事故的成因多种多样，但往往是由于桥梁自身“先天条件”不足，以及船舶操作不当造成的。

有的老旧桥梁在设计时，尺度、防撞等满足当时的航道等级设计标准，由于航道升级，船舶大型化，这些老旧桥梁不能满足现在船舶的通航需求。随着船舶大型化的发展，桥梁净空尺度不足，船舶超高、超吃水，违章航行等问题日益严重，不仅给海事部门监管带来了巨大的压力，通航安全也受到了严重威胁。

目前国内的船舶测距及超高检测技术较为落后，大多以引进国外的测距测高系统和设备为主，且大多集中在研究利用超声波和激光测距测高，但超声波测距测高系统不适用于多风场合，而激光测距测高系统需要采用激光发射器、激光接收器以及多种光学传感器，较多的传感器致使其制作难度较大，成本较高，并且由于需要保持光学系统的干净，在桥区露天场所使用维护很不方便。鉴于此，亟需设计一种采用单一模式的传感系统同时实现桥梁防撞预警系统中船舶距离与高度的测量。

目前主要的限制船舶超高的方法是根据船舶的吨位的情况，根据水位信息，结合通航的经验，实时的净空等信息，对通航船舶的吨位进行笼统的限定，但往往由于监管难度大，规定的不确定性，以及当地经济发展的需求，无法对船舶做出合理的强制性的规定。船舶能否通过桥梁主要由船舶操作人员根据经验，以及当时的环境信息，自己做出判断是否通过桥梁。但一些船舶操作人员心存侥幸心理，以及每座桥梁净空高度不同，加上外来船舶对地形环境不了解，往往成了事故发生的主要原因。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双目视觉系统测量船舶距离与高度的方法，在船舶靠近桥梁的过程中，能够实时监测船舶到桥梁的距离，检测船舶高度是否超过桥梁规定通航高度，防止船舶撞击桥梁的事故发生，保障人民生命财产安全，减小系统成本，降低系统调试与维护难度。

本发明通过以下技术方案实现的：

一种双目视觉系统测量船舶距离与高度的方法，包括以下步骤：

步骤1:建立由两个独立的摄像头系统组成的两个双目视觉系统，该双目视觉系统用于船舶测距测高；

步骤2:单个摄像头标定，得出每一个摄像头的内部参数和两个摄像头之间的相对位置；

步骤3：两个摄像头分别获取左右图像并进行预处理，得到船舶的基本轮廓信息，从而获取轮廓上及轮廓内部二维图像像素点坐标；

步骤4：双目校正，匹配目标点在左右图像上对应的像点，计算目标点在左右两个图像上形成的视差；

步骤5：立体匹配，根据视差，得到视差图；

步骤6：三维重建；获取到视差数据之后，结合标定参数和船舶轮廓区域的二维像素点坐标，即可将图像中的二维点坐标重投影为三维世界坐标；

步骤7：在帧图像中检测出船舶的轮廓，获取船舶轮廓上及轮廓内的像素点二维坐标数据，将二维坐标转换为三维坐标，利用三角测距原理，计算出船舶到桥梁的距离，就得到了距离数据。

步骤8：在帧图像中检测出船舶的轮廓，获取帧图像中船舶轮廓上及轮廓被的像素点二维坐标数据，将二维坐标转换为三维坐标，提取出三维坐标点中y值最大和最小的坐标，最小的y坐标值减去最大的y坐标值即得到船舶的高度。

进一步地，步骤1中的两个双目视觉系统包括两台焦距及其它内部参数均相同的摄像机，两台摄像机按光轴互相平行、X轴互相重合、沿X轴相距T的位置放置。

进一步地，步骤2基于棋盘格标定法，计算出每个摄像头的内参和外参，从而得到摄像头焦距f和成像原点cx,cy，并消除摄像头的径向畸变和切向畸变以及得到标定物的世界坐标，双目摄像头定标得出每个摄像头的内部参数，与两个摄像头之间的相对位置，即以左摄像头为基准，右摄像头相对于左摄像头的旋转矩阵R、平移向量t。

进一步地，步骤3通过安装于桥梁上的双目视觉系统左右两个摄像头同步抓取水面图像，实现对船舶信息的采集，对图像进行灰度处理、高斯模糊预处理步骤，去除存在的噪声；对船舶进行轮廓检测，得到船舶的基本轮廓信息，获取轮廓上及轮廓内部二维图像像素点坐标。