一种基于双目立体视觉的海上波浪实测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于双目立体视觉的海上波浪实测装置，包括双目相机、视频采集存储器、支撑平台、控制系统；双目相机具有全方位伺服系统；支撑平台固定在海洋平台固定位置，双目相机固定在支撑平台上，控制系统可根据海上平台的运动通过全方位伺服系统连续调整双目相机的垂向角度、水平角度及横向位置，使双目相机的视场始终维持着固定范围内；双目相机与视频采集存储器连接。本发明专利技术避免了在海洋实测的恶劣环境下，波浪浮标易受到损坏，维护困难的问题；可以获取波浪的三维面特征；便于安装于海洋平台上部的上层建筑上，易于维护；获得的波浪信息更加丰富；测量区域也更广，可根据研究人员的需要设置灵活设置。究人员的需要设置灵活设置。究人员的需要设置灵活设置。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双目立体视觉的海上波浪实测装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种基于双目立体视觉的海上波浪实测装置及方法，属于海洋工程


技术介绍

[0002]海上的波浪属于三维波浪，具有波长、高度、波峰、波谷和方向等多种三维特征，在近岸和近海结构工程和设计中，其工作海域的波浪情况是重要设计标准之一。特别是有标准要求，海上浮动或固定结构必须在设计寿命期间能够承受最极端的环境条件。
[0003]海浪的统计数据和频谱特性通常是由海面P定点的浪高仪、超声波仪器或海洋浮标测得的波浪表面位移的时间序列测量结果推断出来的。但是，由于点测量的信息量有限，不能准确地预测以P为中心区域的时空波浪动力学。在水池进行的模型试验，其设置的波浪环境条件也是根据其结构物所在海域海况的波浪统计数据来确定，因此海上实测的波浪数据对海洋工程的设计和试验有着重要影响，而现有技术缺乏这种准确实测的装置和手段。
[0004]在现有技术的波浪测量中，测量与被测介质直接接触的表面波，主要采用电阻式、电容线形和压力式等侵入式仪器。最典型的仪器是电阻式测量仪，它根据接触面积和电导率之间的比例关系来测量某一点的波高。然而，由于在杆周围的空气
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水界面中形成了半月形，在测量小波时会产生较大的误差。而且在海洋实测的恶劣环境下，像浪高仪、浮标等测量仪器很容易受到损坏，而且维护起来也很困难。
[0005]双目立体视觉已经普遍应用于日常的生产生活中，像自动驾驶，无人机探测等。而本专利技术引入双目立体视觉用于波浪的三维测量中，用以解决上述技术问题。
[0006]现有技术对比专利清单：
[0007]CN202011261155.2，一种多模态波浪监测装置及监测方法；
[0008]CN202010117976.2，基于深度学习的海洋环境自动识别方法；
[0009]CN201911149747.2，一种基于双目立体视觉的船舶模型姿态测量系统及方法；
[0010]CN201910575099.0，一种波浪视频测量装置及方法；
[0011]CN201510447921.7，一种基于立体视觉高精度波浪浪高测量方法。

技术实现思路

[0012]本专利技术需要解决的技术问题是：现有技术测量波浪测量中，测量与被测介质直接接触的表面波，采用电阻式、电容线形和压力式等侵入式仪器(最典型的仪器是电阻式测量仪，它根据接触面积和电导率之间的比例关系来测量某一点的波高)，然而由于在杆周围的空气
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水界面中形成了半月形，在测量小波时会产生较大的误差，而且在海洋实测的恶劣环境下，像浪高仪、浮标等测量仪器很容易受到损坏，而且维护起来也很困难。
[0013]本专利技术采取以下技术方案：
[0014]一种基于双目立体视觉的海上波浪实测装置，包括双目相机、视频采集存储器、支撑平台4、控制系统；所述双目相机具有全方位伺服系统；所述支撑平台4固定在海洋平台固
定位置，双目相机固定在所述支撑平台4上，所述控制系统可根据海上平台的运动通过所述全方位伺服系统连续调整双目相机的垂向角度、水平角度及横向位置，使双目相机的视场始终维持着固定范围内；所述双目相机与视频采集存储器连接。
[0015]优选的，双目相机在海洋平台朝着来浪方向的一侧，避免平台绕辐射的影响。
[0016]优选的，所述双目相机包括固定在所述支撑平台上的一对相机单元组件；在虚拟的XYZ坐标内，所述相机单元组件包括：相机；固定在支撑平台4上，可沿X向移动的水平位置调节托盘；固定在水平位置调节托盘上，可在XOY平面旋转用以调节相机水平角度的旋转托盘；固定在旋转托盘上，可调节垂向角度并对相机进行支撑的舵机。
[0017]进一步的，所述一对相机单元组件位于同一高度的位置。
[0018]进一步的，所述全方位伺服系统包括液压伺服装置，所述液压伺服装置与所述水平位置调节托盘连接，并根据海洋平台的实际运动响应实时调整双目相机的X向位置。
[0019]更进一步的，所述舵机根据海洋平台的实际运动响应实时调整双目相机的垂向角度；所述旋转托盘根据海洋平台的实际运动响应实时调整双目相机的水平角度。
[0020]一种基于双目立体视觉的海上波浪实测方法，包括以下步骤：S1、双目相机将采集的波浪图像传给视频采集存储器；S2、控制系统与视频采集存储器之间的交互，控制系统实时处理波浪图像，同时也可以下达指令给存储器；S3、控制系统根据海洋平台当前的运动状态下达指令给双目相机的全方位伺服系统，以调节相机当前的位置，使相机视场维持在一个固定区域。
[0021]优选的，双目相机采集的图像通过千兆网线或万兆网线传输到视频采集存储器，可以进行长期的保存。
[0022]进一步的，计算机可对双目相机采集的双目图像通过SGBM算法还原为真实的深度信息，进而重建出波浪面。
[0023]本专利技术的有益效果在于：
[0024]1)首次将双目立体视觉测量方法引入到海洋工程的海上波浪实测中，这一新的波浪测量方法可有效弥补现有波浪测量方法的不足之处：现有的海上波浪测量主要是采用浪高仪或波浪浮标等浸入式仪器，在海洋实测的恶劣环境下，波浪浮标很容易受到损坏，而且维护起来也很困难，而且它们获得的都只是波浪的一维时序数据，难以估算波浪的三维特征。
[0025]2)基于双目立体视觉的波浪测量装置，安装于海洋平台上部的上层建筑上，易于维护。
[0026]3)双目装置获得的波浪图像可以转换为三维波浪信息，相比传统方法来说，获得的波浪信息更加丰富，双目测量装置因为是非浸入式装置，所以它的波浪测量范围更大，可以测量波幅更大的波浪而不会被损坏。
[0027]4)双目测量装置的测量区域也更广，可根据研究人员的需要设置，从几十平米到几千平米灵活设置。
附图说明
[0028]图1是本专利技术基于双目立体视觉的海上波浪实测装置的轴测图。
[0029]图2是本专利技术基于双目立体视觉的海上波浪实测装置的主视图。
[0030]图3是本专利技术基于双目立体视觉的海上波浪实测装置的俯视图。
[0031]图4是本专利技术基于双目立体视觉的海上波浪实测方法的工作流程图。
[0032]图中，1.左相机，2.右相机，3.角钢支架，4.支撑平台，5、第一旋转托盘，6.第一水平位置调节托盘，7.第一液压伺服装置，8.第一舵机，9.第二舵机，10.第二旋转托盘，11.第二水平位置调节托盘、12.第二液压伺服装置。
具体实施方式
[0033]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进一步说明。
[0034]基于双目立体视觉的海上波浪实测装置包括三个主要部分，分别是双目相机、视频采集存储器和高性能计算机，其中双目相机自带全方位伺服系统。
[0035]首先，双目相机并行固定在海洋平台的一个固定位置，最好是装置在海洋平台朝着来浪方向的一侧，这样可以将平台导致的绕辐射波浪的影响减小到最低。相机固定在一个全方位伺服系统上，可根据平台的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双目立体视觉的海上波浪实测装置，其特征在于：包括双目相机、视频采集存储器、支撑平台(4)、控制系统；所述双目相机具有全方位伺服系统；所述支撑平台(4)固定在海洋平台的某一处固定位置，双目相机固定在所述支撑平台(4)上，所述控制系统可根据海上平台的运动通过所述全方位伺服系统连续调整双目相机的垂向角度、水平角度及横向位置，使双目相机的视场始终维持着固定范围内；所述双目相机与视频采集存储器连接。2.如权利要求1所述的基于双目立体视觉的海上波浪实测装置，其特征在于：双目相机在海洋平台朝着来浪方向的一侧。3.如权利要求1所述的基于双目立体视觉的海上波浪实测装置，其特征在于：所述双目相机包括固定在所述支撑平台上的一对相机单元组件；在虚拟的XYZ坐标内，所述相机单元组件包括：相机；固定在支撑平台(4)上，可沿X向移动的水平位置调节托盘；固定在水平位置调节托盘上，可在XOY平面旋转用以调节相机水平角度的旋转托盘；固定在旋转托盘上，可调节垂向角度并对相机进行支撑的舵机。4.如权利要求3所述的基于双目立体视觉的海上波浪实测装置，其特征在于：所述一对相机单元组件位于同一高度的位置。5.如权利要求3所述的基于双目立体视觉的海上波浪实测装...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兵华，魏汉迪，肖龙飞，李德玉，史东亚，赵国成，金茂瑞，张念凡，刘明月，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：