本发明专利技术提出一种基于机器视觉的便携式船舶水尺自动检测和识别方法，以水上环境下船舶水尺视频数据为主要研究对象，以机器视觉和图像处理理论作为主要手段，检测并识别船舶水尺刻度，并对视频连续帧的检测结果进行统计分析，最终得出船舶吃水值。该系统能够依据图像数据得出相对客观的船舶吃水值，并直观显示检测结果，能够减轻船舶吃水检测人员的工作量，提高船舶水尺测量的稳定性和精确性，为船舶吃水判定提供一种客观的测量手段和参考数据。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及图像处理技术，尤其涉及一种。
技术介绍
船舶作为交通运输工具的一种，在运输业中发挥着重要的作用。船舶水尺计重是国内外广泛用于船舶运输大宗廉价散装货物计量重量的方法，同时是进出口商品重量鉴定的重要方法之一，也是国家出入境检验检疫部门和外轮代理公司的主要工作任务之一，船舶载重计算的基础是船舶吃水的测量。船舶吃水测量的精度决定了船舶载货量计算的准确性。同时计重结果可作为商业纠纷，例如商品的交接结算，处理索赔，港口使用费和通关计税等的依据。所以船舶水尺测量的准确性对保护托运人、发货人和收货人的利益都具有重要意义。水尺的测量在水尺计重、船舶检验检疫和安全营运方面都是重要的手段，是后续各种实际应用的前提条件，起到重要的作用。但是，船舶吃水数据一直是靠人工观察船舶的水尺刻度来得到，甚至在现代的大型船舶上，仍保持着这种落后的人工观测水尺的方法。虽然目前已有一些新的科技手段可以获取到船舶水尺的图像或测量数据，但往往最终仍要靠人工来判定船舶的吃水值。因此，船舶水尺测量会受到一些主客观因素的限制，使之精度往往不高。例如，观测水尺时如果波浪较大，吃水线上下波动幅度增大，造成读数的不准确；船舶装载后如有一定的横倾，左右水尺就会不同，如果只读取靠近码头一侧的水尺而忽略了另一侧的水尺读数，会造成读数的偏差；视觉误差也会造成读数不准确，由于船舶靠泊后，测量人员读水尺时常站在码头边，只能用俯视或斜视观测低于岸平面的水尺，读水尺就造成了读数偏小；还有就是主观判断上的误差。此外，在锚泊及观测靠泊船外档吃水时，需放绳梯或乘坐交通艇，既麻烦又危险。因此，研究并应用新的高效准确的船舶水尺测量方法具有重要的现实意义。针对船舶水尺的测量，目前国内外主要有以下方法I)吃水线人工观测法该方法依靠经过长期训练的观察人员通过观测船舶的水尺标志而获得船舶的实际吃水，进行人工观测、人工记录和人工比对，最后将观测结果进行比对、综合、平均获得最终数值。但通过人眼目测船舶吃水线的大小，具有较多的缺点观测点范围小且少，不能对数据运用统计学原理进行处理；观测的数据由于没有详细记录，导致无法事后进行查验校对，可能出现隐藏的重大错误；受人员能力和状态的影响较大，测量时间长，成本高昂；受天气环境影响较大；观测时需在船上进行，无法适用于航道管理部门的对其快速离船检测的要求。2)超声波水尺法超声波水尺和载重测量就是依据超声波测距原理，以船体舷边甲板为基准测量船舶吃水。该装置将超声波传感器经测量支架悬挂于船体舷边，传感器可相对支架沿船舷上、下移动且固定于一定高度，目的是保持其与水面有一合适距离，从而减小到达水面处波束的面积，提高测距精度。该仪器通过测量超声波回波返回的时间，根据当时当地声速，测得船体主甲板至水面的距离等参数，计算出吃水值，并搜索船舶载重量数据文件，得到船舶载重量。超声波测量的精度受诸多因素的影响，但声速的误差直接影响测量的精度，而声速又与介质密度有关，在空气中空气密度受温度影响较大。目前，该方法只能安装在船上进行检测，也无法适用于航道管理部门的对其快速离船检测的要求。3)压力传感法水深的变化可以通过水压的变化反映出来，利用这一特性，在船舶空载吃水线的位置上安装压力传感器，当船舶载货后吃水变深，根据压力传感器获得的数值，经过换算后，即可得出船舶的吃水深度。通过压力传感器测量船舶吃水深度需要将压力传感器直接安装在船体外侧。由于长时间暴露于恶劣的工作环境中，半导体硅片持续受压致变形，使仪表零位与变比关系发生漂移，时间越久，漂移情况越显著。该方法所采用的传感器也只能安装在船上进行检测，也无法适用于航道管理部门的对其快速离船检测的要求。4)激光测距法激光测距时水位计的测量原理类似于超声波测量，采用激光测距雷达的方法测量甲板到水面的距离获得船舶吃水量的信息。由于激光的方向好，安装使用更为方便，但易受水面漂浮物的影响。该方法所采用的激光测距传感器也只能安装在船上进行检测，也无法适用于航道管理部门的对其快速离船检测的要求。5)基于图像处理水尺标志识别法将图像处理技术应用到船舶水尺标识计量中，即采用多台相机和光源，对船舶两侧的水尺标识进行成像，然后采用图像处理方法对水尺标识和吃水线进行快速识别，从而得到船舶全方位吃水量。该方法可以克服吃水线人工观测法所引起的一系列问题，同时可完整的记录整个观测阶段的吃水线位置变化状况，后续的数据处理与利用的空间大。但目前基于图像处理的水尺检测方法多集中在图像的获取和处理方面，对刻度的识别和船舶吃水的判定涉及较少，基本还是靠人工观察图像处理结果来给出船舶吃水值。随着图像处理技术的发展和日益完善，通过图像处理来自动测量船舶水尺刻度已经成为了可能。通过分析水尺的视频图像，船舶水尺上的刻度字可以由计算机自动识别、读取结果，这样既能克服前面所介绍的各种测量方法引起的一系列问题，又可以完整地记录整个观测阶段的水尺刻度和吃水线位置，使后续的数据处理成为可能。同时，拍摄到的吃水线照片可以作为测量记录的证据保存，为今后复核查对、解决纠纷提供依据。并且由于拍摄设备性能的不断完善，设备的分辨率能够达到很高的精度要求，拍摄的图片清晰度非常高，使吃水线的求取能够更加精确，所以利用图像处理技术对船舶水尺的自动识别，已经受到越来越多人的关注。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案是，，该方法包含以下步骤I)进行水尺视频图像的采集，将获取视频按帧截取图像，对当前帧图像进行平滑和去噪等图像预处理；2)利用Canny算子进行边缘检测，将得到的边缘线进行连接，获得新图像，对图像进行几何校正，本方法采用仿射变换进行几何形状校正，即是由水尺图像的一个向量空间进行一次线性变换并接上一个平移，变换为另一个向量空间；3)对经几何校正的图像利用霍夫变换找到其中最长的两条边缘线并标记，这两条线分别是水迹线和吃水线，根据水迹线始终在吃水线上方这一经验原理，去掉其中两条最长边缘线中位于上方的水迹线，从而确定真实吃水线位置；4)对图像中的船舶水尺刻度采用一种基于三叉点特征的结构特征提取方法，水尺刻度的三叉点特征从细化处理后的图像上提取，是图像中多个彼此相邻的同类特征点的集合，利用水尺刻度三叉点的位置特征，构造图像的特征模板，利用模板匹配实现水尺数字的机器自动识别；5)在获得一系列水尺刻度检测结果后，提出一种船舶吃水值判定方法，借鉴人工检测时检测人员的工作经验，结合点和线的检测方法，首先剔除吃水值明显偏离均值的数据，然后对其它数据采取加权平均的方法，对代表波浪平台期的变化相对缓慢的数值权重增加，对变化幅度大的数值权重减少，最终得出并显示船舶吃水的具体数值。系统功能包括一、船舶资料录入、数据采集和检测相关参数设置系统提供了直观程序界面进行检测前的相关参数设置，其中包括以下功能1.船舶资料录入，输入的船名将保持到船舶列表文件，方便之后的检索和数据回放。2.摄像机参数设置，根据拍摄现场情况调整相应数据采集参数，以获得更加清晰准确的视频数据。3.检测参数设置，包括水线与刻度的相对位置、是否人工干预、是否检测米刻度、是否使用增强模式等。二、船舶水尺检测、识别及结果显示系统提供了针对每一船次的六面水尺检测和结果显示及保存功能，其中包括以下功能1.可在港口码头进本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于机器视觉的便携式船舶水尺自动检测和识别方法，其特征在于，包含以下步骤：?1）进行水尺视频图像的采集，将获取视频按帧截取图像，对当前帧图像进行平滑和去噪等图像预处理；?2）利用Canny算子进行边缘检测，将得到的边缘线进行连接，获得新图像，对图像进行几何校正，本方法采用仿射变换进行几何形状校正，即是由水尺图像的一个向量空间进行一次线性变换并接上一个平移，变换为另一个向量空间；?3）对经几何校正的图像利用霍夫变换找到其中最长的两条边缘线并标记，这两条线分别是水迹线和吃水线，根据水迹线始终在吃水线上方这一经验原理，去掉其中两条最长边缘线中位于上方的水迹线，从而确定真实吃水线位置；?4）对图像中的船舶水尺刻度采用基于三叉点特征的结构特征提取方法，水尺刻度的三叉点特征从细化处理后的图像上提取，是图像中多个彼此相邻的同类特征点的集合，利用水尺刻度三叉点的位置特征，构造图像的特征模板，利用模板匹配实现水尺数字的机器自动识别；?5）在获得水尺刻度检测结果后，借鉴人工检测时检测人员的工作经验，结合点和线的检测方法，首先剔除吃水值明显偏离均值的数据，然后对其它数据采取加权平均的方法，对代表波浪平台期的变化相对缓慢的数值权重增加，对变化幅度大的数值权重减少，最终得出并显示船舶吃水的具体数值。...
【技术特征摘要】
1.基于机器视觉的便携式船舶水尺自动检测和识别方法，其特征在于，包含以下步骤 1)进行水尺视频图像的采集，将获取视频按帧截取图像，对当前帧图像进行平滑和去噪等图像预处理； 2)利用Canny算子进行边缘检测，将得到的边缘线进行连接，获得新图像，对图像进行几何校正，本方法采用仿射变换进行几何形状校正，即是由水尺图像的一个向量空间进行一次线性变换并接上一个平移，变换为另一个向量空间； 3)对经几何校正的图像利用霍夫变换找到其中最长的两条边缘线并标记，这两条线分别是水迹线和吃水线，根据水迹线始终在吃水线上方这一经验原理，去掉其中两条最长边缘线中位于上方的水迹线，从而确定真实吃水线位置； 4)对图像中的船舶水尺刻度采用基于三叉点特征的结构特征提取方法，水尺刻度的三叉点特征从细化处理后的图像上提取，是图像中多个彼此相邻的同类特征点的集合，利用水尺刻度三叉点的位置特征，构造图像的特征模板，利用模板匹配实现水尺数字的机器自动识别； 5)在获得水尺刻度检测结果后，借鉴人工检测时检测人员的工作经验，结合点和线的检测方法，首先剔除吃水值明显偏离均值的数据，然后对其它数据采取加权平均的方法，对代表波浪平台期的变化相对缓慢的数值权重增加，对变化幅度大的数值权重减少，最终得出并显示船舶吃水的具体数值。2.根据权利要求I所述的基于机器视觉的便携式船舶水尺自动检测和识别方法，其特征在于，步骤2)中，几何校正的算法流程如下 (1)计算所有边缘点的坐标； (2)尝试不同的X方向倾斜度，计算变换后的边缘点坐标； (3)找出校正后边缘图像的上切线和下切线； (4)计算校正后边缘图像的切线到边缘的像素的最大距离，如果这个距离最大，则说明这个切线刚好与两个...
【专利技术属性】
技术研发人员：冉鑫，施朝健，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：
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