一种桥梁防撞系统中的虚拟航道构建与船舶偏航检测方法技术方案
【技术实现步骤摘要】
一种桥梁防撞系统中的虚拟航道构建与船舶偏航检测方法
本专利技术涉及图像处理
和船舶偏航检测
，具体涉及一种桥梁防撞系统中的虚拟航道构建与船舶偏航检测方法。
技术介绍
随着交通运输业的不断发展，大量跨海、跨江桥梁兴建。这种桥梁本身所处的江、海域大都是繁忙的航道，其水流、波涛、风浪等情况复杂，桥梁不可避免地承担着一定的船舶碰撞的风险，因此研究桥梁防撞的预警方法具有重要的意义。桥梁防撞设计方法主要有两种：主动防撞和被动防撞。主动防撞是通过对船舶的航行管理和航行轨迹进行干预，避免船舶撞击桥梁事故发生的一种方法；被动防撞是通过桥墩自身的加强或者辅助防撞设施来抵御船舶撞击，进而避免撞击事故发生或降低受损程度的方法。到目前国内外对桥梁的船撞问题研究工作大部分还是集中在被动防撞方面，即从桥梁的角度出发，加强桥梁的抗撞击能力，而忽略了如何避免船只撞击桥梁。此种情况下，一旦有船只偏离航道，发生船撞桥的事故，在船被毁的同时，往往还会造成整座桥梁的坍塌。目前国内外关于主动防撞方面的研究尚不多见，更没有比较成熟的研究成果，但毫无疑问，业内人士对主动防撞日益重视。通过航道检测实现...
【技术保护点】
一种桥梁防撞系统中的虚拟航道构建与船舶偏航检测方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：S1、采用张正友棋盘格标定法进行摄像机标定，将给定水面上虚拟航道四端点从世界坐标系转换到图像坐标系，确定虚拟航道线端点坐标；S2、对摄像机捕获的图像中进行运动船舶的检测；S3、构建虚拟航道，对于航道两侧存在航标的情况，利用航标点拟合直线，构建出虚拟航道，对于航道两侧不存在航标的情况，利用贝塞尔曲线能够构建出虚拟航道；S4、通过计算船舶到虚拟航道距离，判断船舶在靠近桥梁的过程中是否偏航。
【技术特征摘要】
1.一种桥梁防撞系统中的虚拟航道构建与船舶偏航检测方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：S1、采用张正友棋盘格标定法进行摄像机标定，将给定水面上虚拟航道四端点从世界坐标系转换到图像坐标系，确定虚拟航道线端点坐标；S2、对摄像机捕获的图像中进行运动船舶的检测；S3、构建虚拟航道，对于航道两侧存在航标的情况，利用航标点拟合直线，构建出虚拟航道，对于航道两侧不存在航标的情况，利用贝塞尔曲线能够构建出虚拟航道；S4、通过计算船舶到虚拟航道距离，判断船舶在靠近桥梁的过程中是否偏航。2.根据权利要求1所述的一种桥梁防撞系统中的虚拟航道构建与船舶偏航检测方法，其特征在于，所述步骤S1包括：S101、利用张正友棋盘格标定法，事先输入25张从不同角度拍摄的棋盘格照片，计算摄像机内参数矩阵、形变参数、平移向量、旋转向量，并存储于XML文件中；S102、将摄像机安装于桥梁通航口上方，其俯仰角为θ，再加载摄像机从俯仰角为θ时拍摄的棋牌格照片，该棋盘格保持水平，与摄像头的垂直距离为h1，计算指定视图的摄像机外参数矩阵；S103、将棋盘格中的三维点投影到图像平面，以棋盘格上点的世界坐标(x,y,0)求取其在图像中的像素坐标(a,b)；S104、配合位于棋盘平面高度的距离传感器测量水面与棋盘面的距离h3，则摄像机到水面的距离为h2＝h3+h1，设棋盘格长为l1，将其投射至水面则是虚拟航道长度l2，设棋盘格宽为d1，将其投射至水面则是通航孔宽度，也即虚拟航道的宽度d2，根据相似三角形定理，h1/h2＝l1/l2＝d1/d2，完成标定与投影过程，即可求得检测视觉范围内水面上任意点的图像坐标，从而可得出两条虚拟航道线的四个端点的图像坐标。3.根据权利要求1所述的一种桥梁防撞系统中的虚拟航道构建与船舶偏航检测方法，其特征在于，所述步骤S2包括：S201、从摄像机捕获视频帧；S202、定义高斯背景模型，使用第一帧创建高斯背景模型，使用当前帧更新高斯背景模型，将高斯背景模型的背景图像复制到事先定义的背景图像中；S203、使用瞬时差分法获得不包含运动区域的当前帧，并更新背景，当前帧与前一帧做差分，并二值化处理；S204、找到差分图像中的轮廓，得到轮廓的外接矩形，将面积小的矩形视为噪音抛弃，剩下的则为运动目标。4.根据权利要求1所述的一种桥梁防撞系统中的虚拟航道构建与船舶偏航检测方法，其特征在于，所述步骤S3中对于航道两侧存在航标的情况，利用航标点拟合直线，构建出虚拟航道的过程如下：对图像进行自适应二值化处理和高斯模糊处理，对图像进行边缘检测；对图像进行轮廓检测并设定为只检测最外层轮廓，得到各个航标的最外层轮廓；获取每个航标轮廓的第一个像素点的...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘新东，何信，邵华平，周曙，张新征，洪升耿，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东,44
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