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
专利汇可以提供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专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 桥梁 防撞系统中的虚拟航道构建与 船舶 偏航 检测方法，该方法通过在桥梁通航孔安装的摄像机采集图像视频信息，并对采集到的视频信息进行处理，在视频图像上显示出虚拟航道，计算出船舶到虚拟航道的距离，从而判断轮船是否有偏航而撞上桥墩的危险。该方法针对存在航标和没有航标的不同情况用不同的方法构建虚拟航道，并对不同的河道地形构建出不同的虚拟航道，具有较好的适应性。针对结构型河道，能够构建出直线型虚拟航道；针对曲线型河道，能够根据实际地形构建出C型和S型虚拟航道；针对 水 域中存在突出河岸、小/微型岛屿等障碍物的情况，能够构建出适应实际地形的虚拟航道，绕开障碍物，保证船舶航行安全。，下面是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专利的具体信息内容。
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，其中，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；
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，如果桥梁附近为直线型河道，则在所获得的四个端点间绘制两条直的航道线构建出一个虚拟航道，此航道宽为通航孔在图像坐标系中的宽度；如果桥梁附近为曲线型河道，可分为C型和S型曲线，在所获得的端点坐标间利用三阶贝塞尔曲线方程，采用曲线拟合技术拟合出相应航道线构建出曲线型虚拟航道，此航道宽为通航孔在图像坐标系中的宽度；
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。
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坐标，利用点集的直线拟合函数对获取的坐标点进行拟合；
在视频上显示由航标点近似拟合成的虚拟航道线。
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，如果桥梁附近水域中存在突出的水岸或岛屿障碍物，利用贝塞尔曲线方程在障碍物一侧构建出曲线型虚拟航道线，从而使虚拟航道绕开障碍物。
5.根据权利要求1至4任一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S4中对于直线型虚拟航道，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的过程如下：
对视频帧自适应二值化处理和高斯模糊处理；
对图像进行边缘检测，再对图像检测轮廓，得到标记运动船舶的矩形框轮廓，从而获得矩形框左上角顶点的坐标(x,y)，则矩形框左下角顶点A的坐标为(x,y+height),右下角顶点B的坐标为(x+width,y+height)，又已知虚拟航道线的端点坐标，可求出虚拟航道线的表达式；
利用点到直线的距离公式可求出矩形框左下角顶点A到左虚拟航道线的距离和矩形框右下角顶点B到右虚拟航道线的距离，根据求出的距离判断船舶是否偏航。
6.根据权利要求1至4任一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S4中对于曲线型虚拟航道，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的过程如下：
对视频帧自适应二值化处理和高斯模糊处理；
对图像进行边缘检测，再对图像检测轮廓，得到标记运动船舶的矩形框轮廓，从而获得矩形框左上角顶点的坐标(x,y)，则矩形框左下角顶点A的坐标为(x,y+height),右下角顶点B的坐标为(x+width,y+height)；
提取视频帧中与虚拟航道线相同的BGR值的所有像素点，得到虚拟航道线轮廓，获取虚拟航道线轮廓的所有像素点坐标(xi,yi),利用勾股定理分别计算矩形框左下角顶点A(x,y+height)和矩形框右下角顶点B (x+width,y+height)到(xi,yi)的距离，取最小距离作为判断船舶是否偏航的参考值。
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
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种实时检测及控制空心螺柱焊电弧旋转的方法与装置 | 2020-05-08 | 680 |
| 一种复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法 | 2020-05-11 | 593 |
| 一种免拆卸清洗机 | 2020-05-11 | 372 |
| 融合北斗与多传感器的机场行李牵引车定位装置与方法 | 2020-05-08 | 137 |
| 渲染牙模型 | 2020-05-12 | 30 |
| 基于病理显微镜的数字切片处理方法及系统 | 2020-05-12 | 736 |
| 基于时积元的仓面施工时空冲突量化计算方法 | 2020-05-08 | 647 |
| 一种基于强化学习的人脸识别方法 | 2020-05-08 | 572 |
| 电机失步补偿方法及装置 | 2020-05-08 | 452 |
| 一种基于神经网络的机器人模糊控制系统 | 2020-05-12 | 627 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
