[发明专利]基于单目视觉激光三角法的波浪高度测量方法

说明书

本发明公开了一种基于单目视觉激光三角法的波浪高度测量方法，采集无波浪时含激光光线的水面照片，并对该图像进行预处理，得到激光光线的边缘和轮廓，提取激光光线的直线特征，并定位激光光线与水面交点的像点坐标，以无波浪时作为参考平面，水面有波浪时，根据直射式激光三角法原理，得到像点坐标对应的波浪高度，多次重复测量得到多组像点坐标与波浪高度的数据。利用最小二乘曲线拟合法得到像点坐标与波浪高度的关系曲线。测量时，通过图像处理得出激光光线与水面交点的像点坐标，然后通过标定的像点坐标与波浪高度的关系曲线，直接得出此时的波浪高度。本发明属于非接触式测量，测量速度快，不易受水温等环境因素影响，测量精度高，效率高。

技术领域

本发明属于计量检测技术领域，具体为基于单目视觉激光三角法的波浪高度 测量方法。

背景技术

船舶以及海岸建筑等会时时刻刻受到海洋中波浪的冲击力，而波浪是水体运 动最普遍的自然现象，此外，波浪也是使海洋中泥沙随海水流动的原因之一。在 自然环境下，海浪变化莫测，因此现场试验要耗费大量的人力、物力，导致研究 成本过高。目前比较常用的研究方法是在实验室里模拟自然环境下的波浪，并且 获得实验数据。波高是研究波浪问题的一个相当重要的参数。传统的波高测量方 法以接触式测量为主，包括测波杆(电容或电阻测波仪)，具有结构简单、使用 方便等优点，但是准确度较低，受水温影响较大。

发明内容

本发明提出了一种基于单目视觉激光三角法的波浪高度测量方法，解决现有 的接触式波高检测仪易受水温等环境因素影响的问题，且具有更高的测量精度与 测量效率。

实现本发明目的的技术方案为：基于单目视觉激光三角法的波浪高度测量方 法，具体步骤为：

步骤1、使激光光源垂直照射水面，拍摄无波浪时含激光光线的水面照片；

步骤2、对水面照片进行图像预处理获得激光光线的边缘和轮廓，利用霍夫 变换直线检测法提取图像中激光光线的直线特征并求解激光光线与水面交点的 像点坐标，此时的波浪高度为0，将结果存入标定数据库；

步骤3、拍摄起波浪时含激光光线的水面照片，并对起波浪时的水面照片进 行步骤2得到激光光线与水面交点的像点坐标，根据直射式激光三角法获得波浪 高度，并将结果存入标定数据库；

步骤4、重复步骤3多次，将不同像点坐标及其对应的波浪高度值存入标定 数据库，通过最小二乘曲线拟合法，绘制出像点坐标与波浪高度关系的曲线图， 完成标定过程；

步骤5、开始测量，拍摄起波浪时含激光光线的水面照片，重复步骤2得出 相应的激光光线与水面交点的像点坐标，与标定的像点坐标与波浪高度关系曲线 比对，直接获取此时的波浪高度。

优选地，步骤2对水面照片进行图像预处理获得激光光线的边缘和轮廓的具 体方法为：

步骤2.1、对图像进行灰度变换和二值化；

步骤2.2、对激光光线的图像采取自适应中值滤波；

步骤2.3、采用最大类间方差法获得激光光线的边缘和轮廓。

优选地，步骤3根据直射式激光三角法获得波浪高度的具体公式为：

当有波浪时激光照射到水面上的E点位于无波浪时的C点之上时：

当有波浪时激光照射到水面上的E点位于无波浪时的C点之下时：

式中，CE为波浪高度，BC为基准面上点C的物距，BD为基准面上点C的像 距，α为CCD摄像机接收面与成像透镜光轴之间的夹角，CCD摄像机接收面上的 波浪高度，β为成像透镜与入射光束之间的夹角。