一种船舶轨迹绘制方法、终端设备及存储介质与流程

本发明涉及轨迹绘制领域，尤其涉及一种船舶轨迹绘制方法、终端设备及存储介质。
背景技术：
：为了增强电子海图的显示功能，现有技术将ais信息叠加于电子海图上进行显示，有利于操作人员根据显示信息快速、准确地做出各种反应。然而，当前部分渔船的“ais”设备及其船舶识别码使用不规范，“船码不符、一船多码、一码多船”等违法违规行为给渔船安全航行和遇险搜救带来了巨大风险隐患，已经成为时刻威胁渔民生命财产安全的“大难题”。技术实现要素：为了能让未安装ais的渔船、挖泥船等的航行轨迹，被航道周围的其他船舶所感知，以增加航行安全性，本发明提出了一种船舶轨迹绘制方法、终端设备及存储介质。具体方案如下：一种船舶轨迹绘制方法，包括以下步骤：s1：通过摄像装置对已知坐标的物体进行拍摄；s2：根据拍摄的二维图像和物体的已知坐标对摄像装置进行标定；s3：通过标定后的摄像装置采集连续时间内的船舶图像，并通过非线性梯度域引导滤波算法对船舶图像进行滤波后，对每幅船舶图像中船舶特征均进行特征提取；s4：根据提取的船舶特征和摄像装置标定数据，将船舶特征在图像中的二维坐标转换为在世界坐标系中的三维坐标；s5：根据连续时间内每幅船舶图像中船舶特征对应的三维坐标在海图上进行显示并连线组成船舶轨迹。进一步的，非线性梯度域引导滤波算法进行滤波包括以下步骤：s31：初始化参数，所述参数包括窗口大小和正则化参数λ；s32：针对每个窗口，计算其对应的第一系数和第二系数：其中，α表示指数，wk表示以像素点k为中心的窗口，ak和bk表示以像素点k为中心的窗口对应的第一系数和第二系数，k表示像素点，γ表示区分边缘和光滑区域的参数，γ表示边缘感知加权参数，ii表示引导图像中的第i个像素点，pi表示第i个像素点对应的滤波输入，i表示像素点，|wk|表示窗口wk包含的像素个数；s33：针对每个像素点，计算其包含的所有窗口的第一系数系数的平均值和第二系数的平均值：其中，和分别表示第一系数和第二系数的平均值，|w|表示图像中包含的窗口的个数；s34：根据下式计算过滤后的图像的像素值：其中，qi表示过滤后的图像中第i个像素点的像素值。进一步的，边缘感知加权参数γ的计算公式为：其中，n表示图像的像素个数，χ(j)表示像素点j所在窗口的像素值的方差，j表示像素点，χ(j')表示像素点j'所在窗口的像素值的方差，像素点j'所在窗口的像素值为引导图片经过线性变换后的图像中的像素值，ε表示防止分母为0的正数。进一步的，区分边缘和光滑区域的参数γ的计算公式为：其中，η为中间变量，μ表示所有χ(j)值的平均值。一种船舶轨迹绘制终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明实施例上述的方法的步骤。一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例上述的方法的步骤。本发明采用如上技术方案，实现了将监控船舶的经纬度在海图上进行显示，并且为了降低海雾对监控视频图像的影响，采用非线性梯度域引导滤波算法对图像进行滤波，提升图像的清晰度。附图说明图1所示为本发明实施例一的流程图。具体实施方式为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。实施例一：本发明实施例提供了一种船舶轨迹绘制方法，如图1所示，包括以下步骤。s1：通过摄像装置对已知坐标的物体进行拍摄。该实施例中所述摄像装置为摄像机。已知坐标的物体可以是船舶，也可以是其他物体，在此不做限制。s2：根据拍摄的二维图像和物体的已知坐标对摄像装置进行标定。摄像机的标定和校准是进行三维重建(3dreconstruction)的基础。与相机成像相关的基本坐标系包括像素坐标系、图像坐标系和世界坐标系。三维场景与摄像机所拍摄到的视频图像的二维成像平面之间的变换关系如下：式中，(xw,yw,zw)为三维场景中的三维坐标，(x,y)为摄像机拍摄的图像的二维成像平面中的坐标，r为旋转矩阵，t为平移向量。ɑx、ɑy、u0和v0均为变换与摄像机内部参数，γ为径向畸变修正量。将式(1)展开为：考虑海面的特殊性，取zw＝0，式(2)可以简化为：计算机视觉技术通过相机获取空间中物体或者景物的二维信息，结合相机的内外参数，还原出空间物体的三维信息，包括物体的大小、位置、运动状态等。在整个过程中，需要先进行相机标定，即通过运算来求相机的各个参数，包括光学参数和几何参数。光学参数为相机的内参数，几何参数为相机的外参数，包括相机在空间中由于运动产生的旋转矩阵和平移矢量。s3：通过标定后的摄像装置采集连续时间内的船舶图像，并通过非线性梯度域引导滤波算法对船舶图像进行滤波后，对每幅船舶图像中船舶特征均进行特征提取。下面对非线性梯度域引导滤波算法进行详细说明。(1)梯度域引导滤波算法在梯度域引导滤波算法中，滤波后的图像q被假定为引导图像i在窗口ω中的线性变换：q＝ai+b(4)其中，a和b分别表示两个系数。成本函数定义为：其中，x表示待过滤图像，j表示图像中的像素点，λ表示正则化参数，γ表示边缘感知加权参数，定义为：其中，n表示图像像素数，χ(j)表示像素点j所在窗口的像素值的方差，j表示像素点，χ(j')表示像素点j'所在窗口的像素值的方差，像素点j'所在窗口的像素值为引导图片经过线性变换后的图像中的像素值，ε表示防止分母为0的正数。γ表示区分边缘和光滑区域的系数，定义为：其中，μ表示所有χ(j)值的平均值，中间变量η的计算公式为：(2)非线性梯度域引导滤波算法假设滤波图像q是引导图像i的非线性变换：q＝aiα+b(9)其中，α表示指数，a和b分别表示第一系数和第二系数。为了避免梯度反转，设置了以下限制条件：1≤α≤2(10)当α＝1时，为传统梯度引导滤波算法，即方程(9)退化为方程(4)。因此，传统的梯度域引导滤波算法是该实施例中提出的非线性梯度域引导滤波算法的一个特例。定理1：a和b的最佳值计算如下：其中，wk表示以像素点k为中心的窗口，ak和bk表示以像素点k为中心的窗口对应的第一系数和第二系数，k表示像素点，ii表示引导图像中的第i个像素点，pi表示第i个像素点对应的滤波输入，i表示像素点，|wk|表示窗口wk包含的像素个数。证明：噪声定义为n＝q-p(13)将(11)代入(13)得到：n＝aiα+b-p(14)最终目标是尽量减少这种噪音。因此，成本函数可以写成：求网络参数的偏导数可以得到：因此以下结果成立：将(19)代入(18)可得：由式(20)可得：这样，完成了对定理1的证明。将上述模型应用于整个图像过滤窗口。但是每个像素都包含在多个窗口中。例如，如果使用3*3窗口过滤器，则除边缘区域外的所有点都将包含在九个窗口中。因此，我们将得到|wk|＝9个qi值。设定：其中，和分别表示第一系数和第二系数的平均值，|w|表示图像中包含的窗口的个数。将所有qi值取平均值，得到最终结果。其中，qi表示过滤后的图像中第i个像素点的像素值。所述特征主要包括特征点、特征线和区域。大多数情况下都是以特征点为匹配基元，特征点提取算法采用常用的算法即可，如基于方向导数的方法，基于图像亮度对比关系的方法，基于数学形态学的方法等等。s4：根据提取的船舶特征和摄像装置标定数据，将船舶特征在图像中的二维坐标转换为在世界坐标系中的三维坐标。即求出每幅船舶图像中船舶特征对应于世界坐标系中的坐标(xw,yw,zw)。s6：根据连续时间内每幅船舶图像中船舶特征对应的三维坐标在海图上进行显示并连线组成船舶轨迹。该实施例中，考虑到海面的特殊性，取zw＝0，将船舶特征于世界坐标系中的坐标中的(xw,yw)在海图上显示。实验验证：以厦门市海沧大桥为例，航标坐标如表1所示：表1航标纬度经度高度图像坐标海沧大桥1号桥涵标24°29'49.5"n118°04'14.7"e55米(277,250)海沧大桥2号桥涵标24°29'49.6"n118°04'06.6"e55米(950,335)海沧大桥3号桥涵标24°29'49.7"n118°03'59.1"e55米(1206,379)牛粪礁灯桩24°29'56.7"n118°04'15.9"e0(1269,490)代入式(2)可得：解得：因此，三维场景与摄像机所拍摄到的图像的二维成像平面之间的变换关系为：通过浮标上的监控视频，船舶在图像的轨迹位置分别为(1220,500),(1250,510),(1280,520)。求得经纬度如表2所示：表2图像坐标纬度经度高度(1220,500)24°29.848n118°4.042e0(1250,510)24°29.798n118°4.03e0(1280,520)24°29.781n118°4.016e0本发明实施例一将监控船舶的经纬度在海图上进行显示，并且为了降低海雾对监控视频图像的影响，采用非线性梯度域引导滤波算法对图像进行滤波，提升图像的清晰度。实施例二：本发明还提供一种船舶轨迹绘制终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明实施例一的上述方法实施例中的步骤。进一步地，作为一个可执行方案，所述船舶轨迹绘制终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述船舶轨迹绘制终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，上述船舶轨迹绘制终端设备的组成结构仅仅是船舶轨迹绘制终端设备的示例，并不构成对船舶轨迹绘制终端设备的限定，可以包括比上述更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述船舶轨迹绘制终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等，本发明实施例对此不做限定。进一步地，作为一个可执行方案，所称处理器可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述船舶轨迹绘制终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个船舶轨迹绘制终端设备的各个部分。所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述船舶轨迹绘制终端设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例上述方法的步骤。所述船舶轨迹绘制终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)以及软件分发介质等。尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。当前第1页12