[发明专利]一种基于三维视景的港水域航标助航系统及方法

说明书

本发明涉及水上交通技术领域，具体地说，涉及一种基于三维视景的港水域航标助航系统及方法。其方法包括如下步骤：采用视频图像以增强场景模型的深度感和真实感；对三维视景进行增强处理；基于计算机视觉技术获得航标最优视景。该基于三维视景的港水域航标助航系统及方法中，在提供电子海图的基础上提供水上航标环境实景模型，改善视觉体验，使用户更直观地认识理解航标配布意图，减轻视频监控的网络流量压力，使得能够通过读取实时遥测经纬度数据，采用基于时空正则相关滤波器在线学习跟踪航标来处理海浪中的灯质闪烁。

技术领域

本发明涉及水上交通技术领域，具体地说，涉及一种基于三维视景的港水域航标助航系统及方法。

背景技术

本发明旨在通过增强现实，力求航海保障体系立体监控和构建统一调配的海事信息共享大平台。集成通信及计算机网络、电子海图系统、航标基础数据库、增强现实等多项技术，将遥测遥控实时数据和增强现实的光学影像数据充分有效地融合，将原本的信息孤岛转变成助导航大数据所需的“助导航云”，实现信息的无缝共享，为助导航大数据中各种不同类型数据的关联进行深度挖掘及再利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于三维视景的港水域航标助航系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供一种基于三维视景的港水域航标助航方法，其方法包括如下步骤：

S1、采用视频图像以增强场景模型的深度感和真实感；

在提供电子海图的基础上提供水上航标环境实景模型，改善视觉体验；使用户更直观地认识理解航标配布意图，熟悉该航道配布的灯塔、灯桩、灯浮标、无线电航标等各类助航设施的数量、位置及相应技术参数，并根据航标实景图及海图图示，根据航标助航指南在该航道实现定位、转向、避险等操作，保障船舶的安全、便捷航行；

S2、对三维视景进行增强处理；

实现增强现实的三大核心技术，即虚实空间的实时三维注册、虚实景物的高保真融合、高效的人机交互，通过最小二乘法标定多航标的投影变换与摄像机参数，进行相机标定，即通过运算来求相机的各个参数，包括光学参数和几何参数，光学参数为相机的内参数，几何参数为相机的外参数，包括相机在空间中由于运动产生的旋转矩阵和平移矢量。通过读取实时遥测经纬度，实现实时三维重建。在本发明中，三维重建的目的是为了减轻视频监控的网络流量压力，使得能够通过读取实时遥测经纬度数据，来重建航标的三维视景。这样可以延长视频监控帧与帧之间的周期间隔，减轻网络流量和减小硬盘存储容量。

S3、基于计算机视觉技术获得航标最优视景。

采用基于时空正则相关滤波器在线学习跟踪航标来处理海浪中的灯质闪烁，基于角点检测配准的全景图像拼接，基于多曝光融合的低照度图像增强，基于卷积神经网络的去雾技术，使得处理后的精度和质量效果达到或超过商业同行水准。

作为优选，所述三维视景进行增强处理的方法包括如下步骤：

S1.1、三维场景与摄像机所拍摄到的视频图像的二维成像平面之间变换，其变换关系如下：

式中(X_w,Y_w,Z_w)为三维场景中的坐标，(x,y)为二维成像平面中的坐标，R为旋转矩阵，t为平移向量，α_x，α_y，u₀，v₀为变换与摄像机内部参数，γ为径向畸变修正量；

展开投影方程，可记为：

考虑海面的特殊性，Z_w＝0，可以简化为：