一種基于雙目立體視覺(jué)的船舶靠泊輔助系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及船舶停泊技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于雙目立體視覺(jué)的船舶靠泊輔助系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶靠泊時(shí)，如果速度過(guò)快或角度過(guò)大，容易造成船舶撞擊碼頭等安全事故。早期船舶靠泊主要依賴于船員的經(jīng)驗(yàn)，可靠性差。為保證安全，需要使用輔助靠泊系統(tǒng)實(shí)時(shí)可靠的獲取船舶相對(duì)碼頭的速度和角度等信息，來(lái)輔助靠泊人員安全作業(yè)。無(wú)人船舶在碼頭靠泊時(shí)也需要實(shí)時(shí)獲取外界的環(huán)境信息，來(lái)進(jìn)行自主控制安全靠岸。尤其是需要實(shí)時(shí)獲取船舶相對(duì)于碼頭的距離、角度等信息。船舶需要安裝靠泊輔助系統(tǒng)來(lái)感知靠泊船舶與碼頭之間的相對(duì)信息，當(dāng)船舶靠泊時(shí)輔助系統(tǒng)實(shí)時(shí)地將此信息反饋給無(wú)人船舶控制系統(tǒng)或者輸出到顯示終端輔助靠泊人員安全作業(yè)。
[0003]目前已存在一些船舶靠泊輔助系統(tǒng)，不過(guò)都有著各自的不足，如基于雷達(dá)、空氣聲波和激光測(cè)距等的靠泊技術(shù)。雷達(dá)、空氣聲波以及一維的激光測(cè)距傳感器的都只能獲取少量的環(huán)境信息，抗干擾能力和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力不強(qiáng)，當(dāng)船舶出現(xiàn)劇烈的晃動(dòng)或碼頭幾何結(jié)構(gòu)不標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，很容易丟失目標(biāo)或出現(xiàn)錯(cuò)誤檢測(cè)。如2011年11月9日公開號(hào)為CN102236327A的發(fā)明專利“一種船舶激光靠泊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”，是基于兩個(gè)固定的激光測(cè)距儀實(shí)現(xiàn)的距離和角度的檢測(cè)，獲取的環(huán)境信息很少。三維激光測(cè)距傳感器能夠獲取到較為豐富的環(huán)境信息，但是成本過(guò)高。如公開公告日為2014.07.02，申請(qǐng)公布號(hào)為CN103901806A的發(fā)明專利“一種智能船舶靠泊輔助系統(tǒng)及方法”，采用激光掃描儀作為主傳感器，來(lái)獲取三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
[0004]最近幾年，基于立體視覺(jué)的方法已變得越來(lái)越普及，現(xiàn)代的立體匹配算法也不再是稀疏和基于特征的方法，而是幾乎能夠?qū)D像中每個(gè)像素做深度的估計(jì)?；诹Ⅲw視覺(jué)的測(cè)距技術(shù)不僅成本較低，而且能夠獲取非常豐富的環(huán)境信息，不僅能夠獲取彩色圖像信息，還能獲取稠密的三維環(huán)境信息，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)三維激光傳感器?；诹Ⅲw視覺(jué)的靠泊技術(shù)在船舶靠泊領(lǐng)域里會(huì)有比較廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于雙目立體視覺(jué)的船舶靠泊輔助系統(tǒng)及方法，通過(guò)雙目立體視覺(jué)的方法來(lái)解決目前的船舶靠泊輔助系統(tǒng)獲取環(huán)境信息有限，環(huán)境適應(yīng)能力和抗干擾能力不佳，以及成本過(guò)高的問(wèn)題。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種基于雙目立體視覺(jué)的船舶靠泊輔助系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集平臺(tái)和數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，數(shù)據(jù)采集平臺(tái)和數(shù)據(jù)處理平臺(tái)之間采用有線或無(wú)線的連接方式；
[0007]所述的數(shù)據(jù)采集平臺(tái)包括數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)時(shí)采集雙目立體圖像數(shù)據(jù)，對(duì)雙目立體圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算以獲取稠密視差圖，并將采集到的雙目立體圖像數(shù)據(jù)以及計(jì)算獲取的稠密視差圖通過(guò)有線或者無(wú)線的傳輸方式發(fā)送到數(shù)據(jù)處理平臺(tái)；
[0008]所述的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)包括數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊，其中:所述數(shù)據(jù)處理模塊實(shí)時(shí)地對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊所輸出的稠密視差圖進(jìn)行處理，以獲得實(shí)時(shí)碼頭的輪廓、船舶到碼頭的距離和角度以及預(yù)警信息；所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊用于實(shí)時(shí)保存雙目立體圖像、稠密視差圖、碼頭的輪廓、船舶到碼頭的距離和角度以及預(yù)警信息；所述數(shù)據(jù)傳輸模塊用于將雙目左/右圖像、碼頭輪廓、船舶到碼頭的距離和角度以及預(yù)警信息采用有線或無(wú)線連接的方式實(shí)時(shí)傳輸給外界客戶端以輔助船舶在碼頭靠泊，或輸出到顯示終端輔助艦載操作員安全作業(yè)。
[0009]優(yōu)選地，所述的數(shù)據(jù)采集模塊由雙目相機(jī)和嵌入式處理器組成，其中:所述雙目相機(jī)用于實(shí)時(shí)采集雙目立體圖像數(shù)據(jù)，并傳輸給嵌入式處理器；所述嵌入式處理器對(duì)雙目立體圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行立體匹配計(jì)算，以獲取稠密視差圖。
[0010]更優(yōu)選地，所述的嵌入式處理器計(jì)算稠密視差圖采用半全局匹配算法。
[0011]優(yōu)選地，所述的數(shù)據(jù)處理模塊實(shí)時(shí)地對(duì)稠密視差圖進(jìn)行處理，具體的:將稠密視差圖轉(zhuǎn)換為三維點(diǎn)云，在三維點(diǎn)云中提取出碼頭輪廓，或直接在稠密視差圖中提取碼頭輪廓，并計(jì)算船舶到碼頭的距離和角度。
[0012]更優(yōu)選地，所述的數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)碼頭輪廓和船舶到碼頭的距離和角度信息進(jìn)行分析，推導(dǎo)出船舶在碼頭靠泊的預(yù)警信息。
[0013]更優(yōu)選地，所述的預(yù)警信息多級(jí)推導(dǎo)規(guī)則如下:
[0014]當(dāng)船舶與碼頭的距離小于L3米時(shí)發(fā)出三級(jí)預(yù)警；
[0015]當(dāng)距離小于L2米時(shí)發(fā)出二級(jí)預(yù)警；
[0016]當(dāng)距離小于LI米時(shí)發(fā)出一級(jí)預(yù)警；
[0017]其中:L1〈L2〈L3。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種基于雙目立體視覺(jué)的船舶靠泊輔助系統(tǒng)的輔助靠泊方法，包括如下步驟:
[0019]步驟1:數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)時(shí)采集雙目立體圖像數(shù)據(jù)，并對(duì)雙目圖像進(jìn)行立體匹配計(jì)算，獲取稠密視差圖；
[0020]步驟2:將步驟I中采集到的雙目立體圖像數(shù)據(jù)和計(jì)算出的稠密視差圖通過(guò)有線或者無(wú)線的傳輸方式發(fā)送到數(shù)據(jù)處理模塊；
[0021]步驟3:數(shù)據(jù)處理模塊實(shí)時(shí)地對(duì)步驟2傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得實(shí)時(shí)碼頭的輪廓、船舶到碼頭的距離和角度，以及預(yù)警信息；
[0022]步驟4:數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊實(shí)時(shí)保存步驟1、3得到的雙目立體圖像、稠密視差圖、碼頭的輪廓、船舶到碼頭的距離和角度以及預(yù)警信息，同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸模塊實(shí)時(shí)地將雙目左/右圖像、碼頭的輪廓、船舶到碼頭的距離和角度以及預(yù)警信息通過(guò)有線或者無(wú)線的方式發(fā)送給外界，外界利用這些信息輔助船舶在碼頭靠泊；
[0023]步驟5:重復(fù)步驟I到步驟4，進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新，從而實(shí)現(xiàn)裝置的碼頭?？枯o助功能。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0025]1、本發(fā)明通過(guò)雙目立體視覺(jué)技術(shù)、圖像處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的綜合運(yùn)用來(lái)輔助船舶在碼頭?？?。通過(guò)雙目相機(jī)獲取豐富的碼頭環(huán)境信息，提高了獲取碼頭信息的魯棒性。相對(duì)于三維激光掃描儀，本發(fā)明成本更低獲取環(huán)境信息更加豐富。
[0026]2、通過(guò)本發(fā)明可以獲取到視頻影像、碼頭的輪廓、船舶到碼頭的距離和角度信息，以及預(yù)警信息。本發(fā)明能夠存儲(chǔ)上述信息，并將信息通過(guò)有線或無(wú)線的方式傳輸給外界用戶。可以將信息傳輸給外界客戶端如無(wú)人船舶系統(tǒng)，來(lái)輔助無(wú)人船舶碼頭?？?；也可以輸出到顯示終端輔助艦載操作員安全作業(yè)。
【附圖說(shuō)明】
[0027]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0028]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的系統(tǒng)架構(gòu)圖；
[0029]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的數(shù)據(jù)流程圖；
[0030]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的安裝示意圖；
[0031]圖中:1為數(shù)據(jù)采集平臺(tái)；2為數(shù)據(jù)處理平臺(tái)。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0033]如圖1所示，本實(shí)施例提供一種基于雙目立體視覺(jué)的船舶靠泊輔助系統(tǒng)，所述系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集平臺(tái)I和數(shù)據(jù)處理平臺(tái)2構(gòu)成，其中:所述數(shù)據(jù)采集平臺(tái)I和數(shù)據(jù)處理平臺(tái)2之間采用有線或無(wú)線的連接方式；所述數(shù)據(jù)處理平臺(tái)2采用有線或無(wú)線連接的方式將處理信息傳輸給外界客戶端如無(wú)人船控制系統(tǒng)以輔助船舶在碼頭靠泊，或輸出到顯示終端輔助艦載操作員安全作業(yè)。
[0034]本實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)采集平臺(tái)I包含數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊由雙目相機(jī)和嵌入式處理器組成，來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能。
[0035]本實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)處理平臺(tái)2包含數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊；所述數(shù)據(jù)處理平臺(tái)2采用工控機(jī)或高性能嵌入式設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊的功能。
[0036]如圖2所示，為一實(shí)施例的數(shù)據(jù)流程圖。本實(shí)施例所述系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊共四個(gè)模塊組成，其中數(shù)據(jù)采集模塊由雙目相機(jī)和嵌入式處理器組成；在系統(tǒng)實(shí)時(shí)工作以前，先對(duì)雙目相機(jī)用Camera Calibrat1nToolbox for Matlab