一种水面静态碍航物探测方法技术

本发明专利技术公开了一种水面静态碍航物探测方法，包括：S1、获取待探测目标海域的电子海图数据，确定碍航物的地理位置信息；S2、通过雷达获取碍航物的雷达图像，并进行雷达图像坐标系转换；S3、将标注有碍航物地理位置信息的电子海图和经坐标系转换后的雷达图像，进行图像尺寸及方向统一处理，完成图像匹配并提取静态碍航物。本方法利用电子海图数据和雷达图像的不同属性，将电子海图数据信息和实时雷达扫描图像信息进行融合处理，可获得更全面、实时性更好的航行静态碍航物信息，为避碰决策和控制算法的实施提供了基础，提高了智能船舶自动航行的安全性。安全性。安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种水面静态碍航物探测方法


[0001]本专利技术涉及智能船舶
，特别涉及一种水面静态碍航物探测方法。

技术介绍

[0002]在复杂多变的海洋环境中，水面碍航物的探测是船舶智能航行系统进行自主航行决策的前提及避碰决策控制的基础。智能船舶海上避碰具有复杂性和不确定性，避碰决策必须满足实时性和《国际海上避碰规则》的要求，尤其在狭窄水域，要兼顾考虑复杂静态障碍物及动态障碍物。在此情况下，智能船舶能够准确的获取航行环境中的静态信息和动态信息尤其重要。一般情况下，智能航行系统都能通过电子海图获取航行区域的静态环境信息，但是无法获取实时动态环境信息，并且如果海图版本未及时更新，更是无法掌握全部海面障碍物信息。而导航雷达实时扫描产生的雷达视频图像能够实时全面的捕捉航行区域内的障碍物信息，一般情况下雷达设备会直接发送已经处理好的动态碍航物信息，静态碍航物信息则不会发送。且雷达图像会由于杂波等影响画面清晰度。
[0003]因此，在现有的航行船舶碍航物监测的基础上，如何提供一种水面静态碍航物的探测方法，以将电子海图与雷达图像进行融合处理，提取完整的航行区域水面静态障碍物信息，成为本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，本专利技术提出了一种至少解决上述部分技术问题的一种水面静态碍航物的探测方法，该方法可将电子海图获取的静态环境信息，以及导航雷达获取的动态碍航物信息进行融合，提取出完整的航行区域水面静态碍航物信息。
[0005]本专利技术实施例提供一种水面静态碍航物探测方法，包括如下步骤：
[0006]S1、获取待探测目标海域的电子海图数据，确定碍航物的地理位置信息；
[0007]S2、通过雷达获取所述碍航物的雷达图像，并进行雷达图像坐标系转换；
[0008]S3、将标注有所述碍航物地理位置信息的电子海图和经坐标系转换后的雷达图像，进行图像尺寸及方向统一处理，完成图像匹配并提取静态碍航物。
[0009]进一步地，所述S1包括：
[0010]S11、获取待探测目标海域的电子海图数据，获得标记物的特征记录和空间记录；根据所述特征记录，确定所述标记物是否为碍航物；
[0011]S12、当确定所述标记物为碍航物时，根据所述碍航物对应的空间记录，获得所述碍航物的地理位置信息。
[0012]进一步地，所述S1还包括：
[0013]S13将标注有所述碍航物地理位置信息的电子海图由电子海图地理坐标转化为屏幕坐标。
[0014]进一步地，所述S13，包括：
[0015]S131、将标注有所述碍航物地理位置信息的电子海图地理WGS
‑
84坐标系转化为墨
卡托直角坐标系：
[0016][0017][0018][0019][0020]其中，(x,y)为墨卡托平面直角坐标，r0为基准纬度圈半径，为WGS
‑
84坐标系的经纬度，q为等量纬度，e为椭球的第一偏心率，N0为基准纬度处椭球的圈曲率半径，为墨卡托投影变换的基准纬度，a为地球长半径；
[0021]S132、将所述墨卡托直角坐标系转化为屏幕坐标系：
[0022][0023]其中，(x
a
,y
a
)为墨卡托直角坐标系下的坐标，(x
s
,y
s
)为屏幕坐标系下的坐标，W
a
为直角坐标系的宽度，H
a
为直角坐标系的高度，W
s
为屏幕坐标系的宽度，H
s
为屏幕坐标系的高度，H
o
为地球半径。
[0024]进一步地，所述S2中，雷达图像坐标系转换，包括：
[0025]将雷达图像极坐标转化为屏幕坐标：
[0026][0027]其中，r为所述雷达图像极坐标的极径，θ1表示按逆时针方向的射线与x轴正半轴的夹角，a为原点所在横幅，b为原点所在纵幅。
[0028]进一步地，所述S3中，图像尺寸及方向统一处理，包括：
[0029]将标注有所述碍航物地理位置信息的电子海图和经坐标系转换后的雷达图像，统一在屏幕坐标系下的尺寸：
[0030][0031]其中，P
c
为屏幕坐标系下的海图图像宽度，D
c
为屏幕坐标系下的海图图像宽度对应的实际距离，P为屏幕坐标系下的雷达图像宽度，D为屏幕坐标系下的雷达图像宽度对应的实际距离；
[0032]将标注有所述碍航物地理位置信息的电子海图和经坐标系转换后的雷达图像，统
一显示方向：
[0033][0034]其中，(x,y)表示所述经坐标系转换后的雷达图像中某点坐标，θ为船艏方向，(x
′
,y
′
)表示(x,y)统一显示方向后在屏幕直角坐标系中的位置坐标。
[0035]进一步地，所述S3中，完成图像匹配并提取静态碍航物，包括：
[0036]进行图像尺寸及方向统一处理后，将所述标注有碍航物地理位置信息的电子海图和碍航物的雷达图像在同一屏幕坐标系中进行匹配，得到叠加后的图像；
[0037]将所述叠加后的图像进行灰度化处理；
[0038]将灰度化处理后的图像进行分界阈值分割，输出背景和碍航物前景分割后的图像：
[0039][0040]其中，I(i,j)表示分割前图像(i,j)处的灰度；I
d
(i,j)为分割后的灰度；T为分界阈值。
[0041]进一步地，所述分界阈值的获得，包括如下步骤：
[0042]S301、遍历所有灰度化处理后的图像像素点，得到最大灰度值m1和最小灰度值m2，计算第一阈值T0＝(m1+m2)/2；将所述第一阈值作为分界阈值；
[0043]S302、遍历所有灰度化处理后的图像像素点，计算大于所述分界阈值所有像素点平均灰度值m
a
和小于所述分界阈值所有像素点的平均灰度值m
b
，计算第二阈值T
i
＝(m
a
+m
b
)/2；
[0044]S303、当|T
i
‑
T0|≥L时，将所述第二阈值作为分界阈值，继续执行步骤S304；
[0045]当|T
i
‑
T0|<L时，迭代结束，将T
i
作为最终分界阈值；其中，L为迭代结束界限值；
[0046]S304、遍历所有灰度化处理后的图像像素点，计算大于所述分界阈值所有像素点平均灰度值m
c
和小于所述分界阈值所有像素点的平均灰度值m
d
，计算第三阈值T
i+1
＝(m
c
+m
d
)/2；
[0047]S305、当|T
i+1
‑
T
i
|≥L时，i＝i+1，将所述第三阈值作为分界阈值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水面静态碍航物探测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取待探测目标海域的电子海图数据，确定碍航物的地理位置信息；S2、通过雷达获取所述碍航物的雷达图像，并进行雷达图像坐标系转换；S3、将标注有所述碍航物地理位置信息的电子海图和经坐标系转换后的雷达图像，进行图像尺寸及方向统一处理，完成图像匹配并提取静态碍航物。2.如权利要求1所述的一种水面静态碍航物探测方法，其特征在于，所述S1包括：S11、获取待探测目标海域的电子海图数据，获得标记物的特征记录和空间记录；根据所述特征记录，确定所述标记物是否为碍航物；S12、当确定所述标记物为碍航物时，根据所述碍航物对应的空间记录，获得所述碍航物的地理位置信息。3.如权利要求1所述的一种水面静态碍航物探测方法，其特征在于，所述S1还包括：S13将标注有所述碍航物地理位置信息的电子海图由电子海图地理坐标转化为屏幕坐标。4.如权利要求3所述的一种水面静态碍航物探测方法，其特征在于，所述S13，包括：S131、将标注有所述碍航物地理位置信息的电子海图地理WGS
‑
84坐标系转化为墨卡托直角坐标系：直角坐标系：直角坐标系：直角坐标系：其中，(x,y)为墨卡托平面直角坐标，r0为基准纬度圈半径，为WGS
‑
84坐标系的经纬度，q为等量纬度，e为椭球的第一偏心率，N0为基准纬度处椭球的圈曲率半径，为墨卡托投影变换的基准纬度，a为地球长半径；S132、将所述墨卡托直角坐标系转化为屏幕坐标系：其中，(x
a
,y
a
)为墨卡托直角坐标系下的坐标，(x
s
,y
s
)为屏幕坐标系下的坐标，W
a
为直角坐标系的宽度，H
a
为直角坐标系的高度，W
s
为屏幕坐标系的宽度，H
s
为屏幕坐标系的高度，H
o
为地球半径。5.如权利要求1所述的一种水面静态碍航物探测方法，其特征在于，所述S2中，雷达图
像坐标系转换，包括：将雷达图像极坐标转化为屏幕坐标：其中，r为所述雷达图像极坐标的极径，θ1表示按逆时针方向的射线与x轴正半轴的夹角，a为原点所在横幅，b为原点所在纵幅。6.如权利要求1所述的一种水面静态碍航物探测方法，其特征在于，所述S3中，图像尺寸及方向统一处理，包括：将标注有所述碍航物地理位置信息的电子海图和经坐标系转换后的雷达图像，统一在屏幕坐标系下的尺寸：其中，P
c
为屏幕坐标系下的海图图像宽度，D
c
为屏幕坐标系下的海图图像宽度对应的实际距离，P为屏幕坐标系下的...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋晔，张妙藏，韦一，李彬，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零七研究所九江分部，
类型：发明
国别省市：