一种基于AIS的船舶高精度坐标映射方法技术

本发明专利技术公开了一种基于AIS的船舶高精度坐标映射方法，涉及船舶目标检测过程中的坐标映射领域，其包括对齐监控摄像头画面坐标和AIS经纬度坐标建立低精度的坐标映射，建立监控摄像头画面坐标和AIS经纬度坐标的低精度的映射关系；每隔Δt时间获取一次摄像头视野中所有船只的AIS信息，通过图像目标检测算法检测摄像头画面中所有船只的位置，得到所有船只的摄像头画面坐标集合Ω＝{＜x

【技术实现步骤摘要】
一种基于AIS的船舶高精度坐标映射方法


[0001]本专利技术涉及船舶目标检测领域，具体涉及一种基于AIS的船舶高精度坐标映射方法。

技术介绍

[0002]通过视频自动分析的方法，自动检测水面船舶，提取船舶的位置、大小、及外形特征，是作为船舶身份自动识别的必要阶段，因其具备实时、无须人工干预的特点，能极大程度降低海事管理人力成本，成为船舶交通、港口管理等领域重要的信息采集手段。
[0003]然而，基于视频图像的船舶目标检测方法容易受到光照、气象条件、遮挡等方面因素的影响，导致检测准确率下降，通常需要基于人工标注的方法，对部署现场的船只图像进行大量人工标注，并对图像检测算法进行增量训练来提升检测的准确率。且为了在视频上实现具体地理位置信息的应用，一般需要进行坐标映射，但是现有的坐标映射的准确度都较低。
[0004]近年来，提出了一些结合AIS和监控视频的船舶检测方法，例如：
[0005]公开号为CN111914049A的专利技术专利公开了一种经纬度坐标与图像坐标映射方法，该专利技术选取场景中若干点，利用场景的已知测量数据或谷歌地图等工具对其在物理空间中的经纬度坐标与其在图像画面中的像素坐标进行标定，通过人工对图像像素坐标和物理坐标进行关联。但是该方法中由于实际应用中人工标定的坐标值含有误差，导致得到的图像坐标一般含有误差，且耗时耗力。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于AIS的船舶高精度坐标映射方法，其包括对齐监控摄像头画面坐标和AIS经纬度坐标建立低精度的坐标映射，建立监控摄像头画面坐标和AIS经纬度坐标的低精度的映射关系；每隔Δt时间获取一次摄像头视野中所有船只的AIS信息，通过图像目标检测算法检测摄像头画面中所有船只的位置，得到所有船只的摄像头画面坐标集合Ω＝{＜x
i
,y
i
＞}，同时利用低精度的映射关系将船只的经纬度坐标转换为摄像头画面坐标，得到转换后的坐标集合K＝{＜x
j
,y
j
＞}；通过设置一个阈值，将Ω和K进行匹配，实现将准确的摄像头画面坐标与经纬度坐标一一对应，从而达到更高精度的坐标映射关系。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0008]一种基于AIS的船舶高精度坐标映射方法，包括以下步骤：
[0009]步骤S1：通过人工测定摄像头的外参，摄像头的外参就是摄像头坐标系在世界坐标系中的位置，及摄像头可视范围内的水面任意位置的粗标定，对齐摄像头画面坐标和AIS经纬度坐标，建立摄像头画面坐标和AIS经纬度坐标的低精度映射关系；由于该映射关系为低精度映射关系，因此需要进一步建立高精度映射关系；
[0010]步骤S2：通过图像目标检测算法检测摄像头画面中所有船只的位置，得到所有船
只的摄像头画面坐标集合Ω＝{＜x
i
,y
i
＞}，利用步骤S1中低精度映射关系将所有船只的经纬度坐标转换为船只的摄像头画面坐标，得到转换后的坐标集合K＝{＜x
j
,y
j
＞}；
[0011]步骤S3：设置一个阈值，将步骤S2中通过图像目标检测算法获得的船只摄像头画面坐标集合Ω和经低精度映射关系转换得到的船只摄像头画面坐标集合K进行匹配，筛选符合条件的船只的摄像头画面坐标，使船只的经纬度坐标和摄像头画面坐标形成一一对应的关系，确定船只的经纬度坐标和摄像头画面坐标集合M＝{＜lon
i
,lat
i
,x
i
,y
i
＞}；
[0012]步骤S4：利用步骤S3中的位置信息集合M＝{＜lon
i
,lat
i
,x
i
,y
i
＞}建立船只的高精度坐标映射。
[0013]作为优选的，所述步骤S1中，所述摄像头画面坐标和AIS经纬度坐标的低精度映射关系的建立过程具体如下：
[0014]步骤1.1：根据Haversine公式，计算摄像头所在的位置在水平面上的垂直投影位置O
′
和摄像头可视范围内的水面任意位置A
i
的直线水平距离d
i
，单位为m，O
′
和A
i
的经度水平距离s
i
，单位为m：
[0015][0016][0017][0018][0019]其中：a、b均为中间变量值，O
′
(λ0，ψ0)为摄像头所在的位置在水平面上的垂直投影位置，A
i
(λ
i
，ψ
i
)为摄像头可视范围内的水面任意位置，r为地球半径，单位为m；
[0020]步骤1.2：由步骤1.1，计算O
′
和A
i
的连线和地理真北方向的夹角β
i
：
[0021][0022]步骤1.3：由步骤1.1，计算O和A
i
的连线和垂直线的夹角θ
i
：
[0023][0024]其中，H为摄像头距离水平面的高度，单位为m；
[0025]步骤1.4：计算A
i
在监控摄像头画面坐标(x
i
，y
i
)：
[0026][0027][0028]其中，X为图像的像素宽度，Y为像素高度，根据摄像头图像分辨率为X
×
Y，可得X和Y的参数值；
[0029]θ为摄像头中心线与垂直线的夹角，β为摄像头中心线在水平面上的投影和地理真北方向的夹角，ω
x
为摄像头水平视场角，ω
y
为摄像头垂直视场角。
[0030]作为优选的，所述步骤S2中，每隔Δt时间获取一帧图像，获取该时刻下该帧的摄像头视野中所有船只的AIS信息，并利用图像目标检测算法检测摄像头画面中所有船只的位置，总共获取n帧图像，得到船只的摄像头画面坐标集合Ω＝{(x
i
,y
i
)}，(x
i
,y
i
)表示第i只船只的摄像头画面坐标。
[0031]作为优选的，通过步骤S1中的低精度映射关系将每帧图像中所有船只的经纬度坐标转换为摄像头画面坐标，得到转换后的船只的摄像头画面坐标集合K＝{(x
′
j
,y
′
j
)}，其中(x
′
j
,y
′
j
)表示第j只船只由经纬度转换后的摄像头画面坐标。
[0032]作为优选的，所述步骤S3中，对于每一帧图像的处理过程如下：
[0033]在每一帧图像中，选取该帧图像中利用图像目标检测算法检测得到的所有船只的摄像头画面坐标集合Ω
n
＝{(x
i
,y
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于AIS的船舶高精度坐标映射方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：通过人工测定摄像头的外参，及摄像头可视范围内的水面任意位置的粗标定，对齐摄像头画面坐标和AIS经纬度坐标，建立摄像头画面坐标和AIS经纬度坐标的低精度映射关系；步骤S2：通过图像目标检测算法检测摄像头画面中所有船只的位置，得到所有船只的摄像头画面坐标集合Ω＝{＜x
i
,y
i
＞}，利用步骤S1中低精度映射关系将所有船只的经纬度坐标转换为船只的摄像头画面坐标，得到转换后的坐标集合K＝{＜x
j
,y
j
＞}；步骤S3：设置一个阈值，将步骤S2中通过图像目标检测算法获得的船只摄像头画面坐标集合Ω和经低精度映射关系转换得到的船只摄像头画面坐标集合K进行匹配，筛选符合条件的船只的摄像头画面坐标，使船只的经纬度坐标和摄像头画面坐标形成一一对应的关系，确定船只的经纬度坐标和摄像头画面坐标集合M＝{＜lon
i
,lat
i
,x
i
,y
i
＞}；步骤S4：利用步骤S3中的位置信息集合M＝{＜lon
i
,lat
i
,x
i
,y
i
＞}建立船只的高精度坐标映射。2.根据权利要求1所述的船舶高精度坐标映射方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述摄像头画面坐标和AIS经纬度坐标的低精度映射关系的建立过程具体如下：步骤1.1：根据Haversine公式，计算摄像头所在的位置在水平面上的垂直投影位置O
′
和摄像头可视范围内的水面任意位置A
i
的直线水平距离d
i
，单位为m，O
′
和A
i
的经度水平距离si，单位为m：离si，单位为m：离si，单位为m：离si，单位为m：其中：a、b均为中间变量值，O
′
(λ0，ψ0)为摄像头所在的位置在水平面上的垂直投影位置，A
i
(λ
i
，ψ
i
)为摄像头可视范围内的水面任意位置，r为地球半径，单位为m；步骤1.2：由步骤1.1，计算O
′
和A
i
的连线和地理真北方向的夹角β
i
：步骤1.3：由步骤1.1，计算O和A
i
的连线和垂直线的夹角θ
i
：其中，H为摄像头距离水平面的高度，单位为m；步骤1.4：计算A
i
在监控摄像头画面坐标(x
i
，y
i
)：
其中，X为图像的像素宽度，Y为像素高度，根据摄像头图像分辨率为X
×
Y，可得X和Y的参数值；θ为摄像头中心线与垂直线的夹角，β为摄像头中心线在水平面上的投影和地理真北方向的夹角，ω
x
为摄像头水平视场角，ω
y
为摄像头垂直视场角。3.根据权利要求1所述的船舶高精度坐标映射方法，其特征在于，所述步骤S2中，每隔Δt时间获取一帧图像，获取该时刻下该帧的摄像头视野中所有船只的AIS信息，并利用图像目标检测算法检测摄像头画面中所有船只的位置，总共获取n帧图像，得到船只的摄像头画面坐标集合Ω＝{(x
i
,y
i
)}，(x
i
,y
i
)表示第i只船只的摄像头画面坐标。4.根据权利要求3所述的船舶高精度坐标映射方法，其特征在于，通过步骤S1中的低精度映射关系将每帧图像中所有船只的经纬度坐标转换为摄像头画面坐标，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁华，李晓威，
申请(专利权)人：广州市赋安电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：