专利名称：一种航行船舶净空高度测量系统及其测量方法
技术领域：
本发明涉及船舶净空高度测量技术，尤其是一种航行船舶净空高度测量系统及其测量方法。
背景技术：
船舶净空高度是指船舶在水面以上的高度。超高船舶是指船舶的净空高度大于桥梁通航的净空高度，超高船舶的航行可能造成船舶撞击桥梁恶性事故的发生，不仅威胁着船舶自身的航行安全，危及船员生命，还会影响整个航道的畅通和其他通航船舶的安全，其危害巨大。因此对船舶净空高度的精确测量具有十分重要的意义。目前国内对船舶净空高度的测量主要是在船舶静止状态下依靠人工进行测量，其缺点是:人工测量过程麻烦，耗时长，效率低，无法实现测量的自动化；测量误差大，不能准确反映船舶的真实净空高度；无法在船舶航行时进行测量，耽误船舶行程，可能会造成船期延误。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种航行船舶净空高度测量系统及其测量方法，对航行中船舶进行自动测量，测量过程不影响船舶的通航，并且测量速度快、精度高。为了达到上述目的，本发明的技术方案如下:一种航行船舶净空高度测量系统，包括图像采集模块、同步控制模块、数据存储模块、触发信号模块、数据处理模块和显示模块，所述的同步控制模块的输出端与图像采集模块的输入端连接，所述的图像采集模块的输出端与数据存储模块的输入端连接，所述的数据存储模块与数据处理模块双向连接，所述的数据处理模块还分别与触发信号模块的输出端和显示模块的输入端连接；所述的图像采集模块由高清相机A和高清相机B组成，在现场进行连续的同步拍
昭.
所述的同步控制模块产生同步信号，控制高清相机A和高清相机B在同一时刻拍
眧.
所述的数据存储模块存储高清相机A和高清相机B采集到的图像；所述的触发信号模块包括CCD摄像机和视频处理子模块，触发信号模块检测是否有航行船舶经过，只要检测到有航行船舶经过便立即产生触发信号并发送到数据处理模块；所述的数据处理模块一旦接收到触发信号，便从数据存储模块提取图像并进行一系列的图像处理，计算航行船舶的实际高度，最后将计算结果送至显示模块进行显示。一种航行船舶净空高度测量系统的测量方 法，包括以下步骤:A、同步控制模块产生同步信号，发送给高清相机A和高清相机B ；
B、高清相机A和高清相机B在同步信号的控制下同时采集航行船舶的图像，图像按采集时间顺序存入数据存储模块；C、触发信号模块中的CCD摄像机拍摄航道视频，视频处理子模块处理CCD摄像机拍摄到的视频；D、视频处理子模块处理完视频后，判断是否有航行船舶，若有则产生触发信号并发送至数据处理模块，转步骤E ;若没有则返回步骤B ;E、数据处理模块从数据存储模块提取出高清相机A和高清相机B采集到的图像，进行图像处理，得到航行船舶在图像中的高度，高度以像素为单位，并计算出航行船舶的实际净空高度，最后将航行船舶在图像中的高度、实际净空高度数据以及航行船舶图像打包发送至显示模块；F、显示模块显示最终结果，所述的最终结果包括航行船舶在图像中的高度、实际净空高度以及航行船舶图像；步骤E所述的图像处理方法，包括以下步骤:E1、分别对高清相机A和高清相机B采集到的一系列连续图像进行滤波处理，抑制
噪声；E2、分别利用高清相机A和高清相机B采集到的一系列连续图像，采用高斯背景建模法，得到背景图像Ibi U，y)和Ib2 U，y)；E3、运用背景差分法，将高清相机A和高清相机B拍摄的航行船舶图像I1 (x, y)、I2 (x, y)分别与背景图像Ibi (X，y)、IB2(x，y)分别相减，得到二值图像B1U, y) B2 (x, y),即分表I]出航彳丁船舶； E4、利用二值图像B1 (x, y)和B2 (x, y)对航行船舶的最高点进行特征点配准；E5、计算得到船舶在图像中的高度；E6、运用双目视觉测量原理，计算出航行船舶的实际净空高度。与现有技术相比，本发明的优点如下:1、由于本发明可以安装在测量船上，在任意航段对航行中船舶进行净空高度的自动测量，无需动用人力，降低了测量成本。2、由于本发明的测量过程是在船舶航行状态下进行的，不需要停船，不影响船舶的正常航行。3、由于本发明采用图像处理方式进行非接触式测量，测量速度快，精度高，测量过程简单方便。
本发明共有附图5张，其中:图1是航行船舶净空高度自动测量系统的结构示意图；图2是航行船舶净空高度自动测量系统的逻辑框图；图3是航行船舶净空高度自动测量系统的测量流程图；图4是航行船舶净空高度自动测量系统的图像处理流程图；图5是航行船舶净空高度自动测量系统采用的双目视觉测量原理图。图中:1、CCD摄像机，2、高清相机A，3、同步控制模块，4、高清相机B，5、数据存储模块，6、显示模块，7、数据处理模块，8、视频处理子模块。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步详细地描述:如图1所示，航行船舶净空高度自动测量系统主要由(XD摄像机1、高清相机A2、同步控制模块3、高清相机B4、数据存储模块5、显示模块6、数据处理模块7和视频处理子模块8组成。高清相机A2和高清相机B4组成系统的图像采集模块，均安装在测量船的一侦牝分别与船体构成角度\和Ci1，二者相距距离为L。同步控制模块3产生同步信号，控制高清相机A2和高清相机B4每隔一段时间同时进行图像采集。数据存储模块5由大容量数据存储设备构成，两台相机采集到的图像均存入数据存储模块5，且按拍照时间顺序存储。触发信号模块由CXD摄像机I和视频处理子模块8组成，CXD摄像机I以和船体垂直的角度安装于测量船的一侧，视频处理子模块8处理摄像机拍摄到的视频，检测是否有船舶经过，一旦发现有航行船舶，便立刻产生触发信号并发送至数据处理模块7。数据处理模块7接收到触发信号后，从数据存储模块5提取出两台高清相机采集到的图像，进行一系列的图像处理，得到航行船舶在图像中的像素高度，并运用双目视觉测量原理，计算出船舶的实际净空高度，最后将航行船舶的像素高度、实际净空高度等数据以及船舶图像打包发送至显示模块6进行显示。如图2所示为本发明的逻辑框图。航行船舶净空高度自动测量系统主要由图像采集模块、同步控制模块3、数据存储模块5、数据处理模块7、触发信号模块和显示模块6组成。图像采集模块由高清相机A2和高清相机B4组成，在现场进行连续的同步拍照；同步控制模块3产生同步信号，控制高清相机A2和高清相机B4在同一时刻拍照；数据存储模块5保存高清相机A2和高清相机B4采集到的图像；触发信号模块检测是否有航行船舶经过，只要检测到船舶便立即产生触发 信号；数据处理模块7从数据存储模块5提取图像并进行图像处理，计算船舶实际高度，最后将结果送至显示模块6进行显示。如图3所示为本发明的测量流程图，具体包括以下步骤:Si,同步控制模块3产生同步信号，发送给高清相机A2和高清相机B4 ；s2，高清相机A2和高清相机B4在同步信号的控制下同时采集图像，图像按采集时间顺序存入数据存储模块5 ；s3，触发信号模块中的CXD摄像机I拍摄视频图像，视频处理子模块8处理拍摄到的视频；s4,根据视频处理子模块8的处理结果，判断是否检测到航行船舶，若有则产生触发信号并发送至数据处理模块7 ;若没有则返回步骤s2 ；s5，数据处理模块7从数据存储模块5提取出高清相机A2和高清相机B4采集到的图像，进行图像处理，得到航行船舶在图像中的像素高度，并计算出船舶的实际净空高度，最后将航行船舶的像素高度、实际净空高度等数据以及船舶图像打包发送至显示模块6 ；s6,显示模块6显示最终结果。如图4所示为本发明的图像处理流程图，具体包括以下步骤:s41，分别对高清相机A2和高清相机B4采集到的一系列连续图像进行滤波处理，抑制噪声；
s42,分别利用高清相机A2和高清相机B4采集到的一系列连续图像，采用高斯背景建模法，得到背景图像Ibi U，y)和Ib2 U，y);s43，运用背景差分法，将高清相机A2和高清相机B4的航行船舶图像I1U, y)、I2 (x, y)与背景图像Ibi (X，y) > IB2 (x.y)分别相减，得到二值图像B1U, y) B2 (x, y)，即分割出航行船舶；s44,利用二值图像B1 (X，y)和B2 (x, y)对航行船舶的最高点进行特征点配准；s45，计算得到船舶在图像中的高度；s46，运用双目视觉测量原理，计算出船舶的实际净空高度。如图5所示为本发明系统采用的双目视觉测量原理图。图中，CXDl和(XD2分别表示高清相机A2和高清相机B4的图像平面，假设高清相机A2和高清相机B4均水平放置。图像坐标系分别为O1X1Y1和O2X2Y2 ;高清相机A2光轴经过像面中心O1和透镜中心O1,高清相机B4光轴经过像面中心O2和透镜中心O2 ;高清相机A2和高清相机B4的透镜中心连线O1O2为基线距离L。空间点P(x，y，z)在两个图像平面上的成像点坐标分别为P1(Xpy1)和P2(x2，y2)。点P在水平面上的投影点为P，水平投影角分别为匕和匕，垂直投影角分别为C1和C2。高清相机A2和高清相机B4的焦距分别为和f2，光轴与基线的夹角分别为B1和a2。由三角形几何关系可以得到:χ = zcot (afbi)(I)L = z (cot (a^b^ +cot (a2+b2)) (2)tanq = ysin CaJb1)/z(3)
由此可得空间点P的世界坐标为:
权利要求
1.一种航行船舶净空高度测量系统，其特征在于:包括图像采集模块、同步控制模块(3)、数据存储模块(5)、触发信号模块、数据处理模块(7)和显示模块(6)，所述的同步控制模块(3)的输出端与图像采集模块的输入端连接，所述的图像采集模块的输出端与数据存储模块(5)的输入端连接，所述的数据存储模块(5)与数据处理模块(7)双向连接，所述的数据处理模块(7)还分别与触发信号模块的输出端和显示模块(6)的输入端连接； 所述的图像采集模块由高清相机A (2)和高清相机B (4)组成，在现场进行连续的同步拍照； 所述的同步控制模块(3)产生同步信号，控制高清相机A (2)和高清相机B (4)在同一时刻拍照； 所述的数据存储模块(5)存储高清相机A (2)和高清相机B (4)采集到的图像； 所述的触发信号模块包括CCD摄像机(I)和视频处理子模块(8)，触发信号模块检测是否有航行船舶经过，只要检测到有航行船舶经过便立即产生触发信号并发送到数据处理模块⑴； 所述的数据处理模块(7)—旦接收到触发信号，便从数据存储模块(5)提取图像并进行一系列的图像处理，计算航行船舶的实际高度，最后将计算结果送至显示模块(6)进行显/Jn ο
2.一种如权利要求1所述的航行船舶净空高度测量系统的测量方法，其特征在于:包括以下步骤: A、同步控制模块(3)产生同步信号，发送给高清相机A(2)和高清相机B (4)； B、高清相机A(2)和高清相机B (4)在同步信号的控制下同时采集航行船舶的图像，图像按采集时间顺序存入数据存储模块(5)； C、触发信号模块中的CCD摄像机(I)拍摄航道视频，视频处理子模块(8)处理CCD摄像机(I)拍摄到的视频； D、视频处理子模块(8)处理完视频后，判断是否有航行船舶，若有则产生触发信号并发送至数据处理模块(7)，转步骤E ;若没有则返回步骤B ; E、数据处理模块(7)从数据存储模块(5)提取出高清相机A(2)和高清相机B (4)采集到的图像，进行图像处理，得到航行船舶在图像中的高度，高度以像素为单位，并计算出航行船舶的实际净空高度，最后将航行船舶在图像中的高度、实际净空高度数据以及航行船舶图像打包发送至显示模块(6)； F、显示模块(6)显示最终结果，所述的最终结果包括航行船舶在图像中的高度、实际净空高度以及航行船舶图像； 步骤E所述的图像处理方法，包括以下步骤: E (I)、分别对高清相机A (2)和高清相机B (4)采集到的一系列连续图像进行滤波处理，抑制噪声； E (2)、分别利用高清相机A (2)和高清相机B (4)采集到的一系列连续图像，采用高斯背景建模法，得到背景图像Ibi U，y)和Ib2 U，y)； E (3)、运用背景差分法，将高清相机A (2)和高清相机B (4)拍摄的航行船舶图像Ii(χ, y) > I2(χ, y)分别与背景图像ιΒι(χ，y)、ιΒ2(χ.y)分别相减，得到二值图像B1U, y)和B2 (X，y)，即分割出航行船舶；E (4)、利用二值图像B1Uy)和民(1，7)对航行船舶的最高点进行特征点配准；E (5)、计算得到船舶在图像中的高度；E (6)、运用双 目视觉测量原理，计算出航行船舶的实际净空高度。
全文摘要
本发明公开了一种航行船舶净空高度测量系统及其测量方法，所述的系统包括图像采集模块、同步控制模块、数据存储模块、触发信号模块、数据处理模块和显示模块，所述的图像采集模块由高清相机A和高清相机B组成，所述的同步控制模块产生同步信号，控制高清相机A和高清相机B在同一时刻拍照；所述的触发信号模块包括CCD摄像机和视频处理子模块。由于本发明可以安装在测量船上，在任意航段对航行中船舶进行净空高度的自动测量，无需动用人力，降低了测量成本。由于本发明的测量过程是在船舶航行状态下进行的，不需要停船，不影响船舶的正常航行。由于本发明采用图像处理方式进行非接触式测量，测量速度快，精度高，测量过程简单方便。
文档编号G01B11/03GK103234463SQ20131015292
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月27日 优先权日2013年4月27日
发明者熊木地, 陈冬元, 黄龙 申请人:大连海事大学