本發(fā)明涉及海上滸苔監(jiān)測(cè)，是一種基于光電平臺(tái)的海上滸苔面積量算方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、鑒于滸苔綠潮的嚴(yán)重性和復(fù)雜性，對(duì)海上滸苔面積量算的方法及系統(tǒng)的需求日益迫切。準(zhǔn)確估算滸苔的覆蓋面積不僅是評(píng)估其爆發(fā)程度的重要指標(biāo)，也是制定有效防控措施和資源配置的科學(xué)依據(jù)。

2、有人機(jī)或者無(wú)人機(jī)光電平臺(tái)作為空中應(yīng)急監(jiān)控設(shè)備有著巨大的應(yīng)用市場(chǎng)，并且光電吊艙種類較多，有光學(xué)的、近紅外的、熱紅外的。為了提高光電吊艙的觀測(cè)能力，除了機(jī)械變焦的手段之外，還會(huì)有數(shù)碼變焦的方法。

3、為準(zhǔn)確的量算海面滸苔的面積，光電吊艙的錄像設(shè)備需要根據(jù)影像的內(nèi)、外方位元素、以及平均高程投影到海面上?，F(xiàn)有的光電吊艙提供了視場(chǎng)角、像元尺寸，傳感器尺寸等參數(shù)，但是因錄像設(shè)備焦距可變、而且存在數(shù)碼變焦情況，實(shí)際使用過(guò)程中，視場(chǎng)角參數(shù)誤差極大，無(wú)法滿足實(shí)際面積、尺寸量測(cè)的需求。

4、在現(xiàn)有已公開的發(fā)明技術(shù)中，如公開號(hào)為cn112712553a的專利公開了一種滸苔抵岸量估算方法，包括：步驟：1）選取進(jìn)行滸苔抵岸量估算的研究海域；2）提取1）中的研究海域的岸線附近抵岸物位置；3）獲取1）中的研究海域的遙感影像；4）根據(jù)3）中所獲得的遙感影像解譯滸苔分布數(shù)據(jù)；5）獲取1）中的研究海域的海流、風(fēng)速等水文氣象數(shù)據(jù)；6）根據(jù)5）中所得的水文氣象數(shù)據(jù)計(jì)算在給定時(shí)間后到達(dá)2）中抵岸物位置的滸苔坐標(biāo)；7）確定6）中的滸苔坐標(biāo)的連接線與2）中抵岸物位置的連接線之間的區(qū)域；8）計(jì)算7）中目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的滸苔分布面積；9）量化1）中的研究海域的滸苔單位面積質(zhì)量參數(shù)；10）估算給定時(shí)間段內(nèi)的滸苔抵岸量。

5、上述專利在獲取精確的遙感影像和解譯滸苔分布數(shù)據(jù)存在誤差大的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于光電平臺(tái)的海上滸苔面積量算方法及系統(tǒng)。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明一種基于光電平臺(tái)的海上滸苔面積量算方法的技術(shù)方案包括如下步驟：

3、s1：提取多組檢校板，同步固定檢校板與光電平臺(tái)上光電吊艙之間的距離，調(diào)節(jié)光電平臺(tái)上光電吊艙的視場(chǎng)角對(duì)檢校板進(jìn)行拍攝，獲取不同視場(chǎng)角下檢校板的初始視頻數(shù)據(jù)；

4、s2：提取初始視頻數(shù)據(jù)，對(duì)初始視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并選取檢校板的關(guān)鍵幀圖像數(shù)據(jù)；

5、s3：根據(jù)所述檢校板的關(guān)鍵幀圖像數(shù)據(jù)，計(jì)算獲取實(shí)際焦距；

6、s4：根據(jù)所述關(guān)鍵幀圖像數(shù)據(jù)和實(shí)際焦距，對(duì)實(shí)際焦距與視場(chǎng)角的關(guān)系進(jìn)行擬合，通過(guò)所述擬合完成對(duì)關(guān)鍵幀圖像數(shù)據(jù)的正射影像校正，獲得正射圖像數(shù)據(jù)集合；

7、s5：根據(jù)正射圖像數(shù)據(jù)集合，評(píng)估實(shí)際海上滸苔面積。

8、具體地，s2中，所述選取檢校板的關(guān)鍵幀圖像數(shù)據(jù)包括如下具體步驟：

9、s21：讀取初始視頻數(shù)據(jù)并提取幀，同時(shí)對(duì)每一幀初始圖像進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理包括：通過(guò)高斯濾波去除所述每一幀初始圖像中的噪聲；

10、s22：將彩色圖像轉(zhuǎn)換到hsv顏色空間，根據(jù)滸苔的色調(diào)和飽和度范圍，使用顏色過(guò)濾器將每一幀初始圖像中的滸苔區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記；

11、s23：將標(biāo)記完成的每一幀初始圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像，構(gòu)成初始圖像集，并以每一幀灰度圖像的左下角為原點(diǎn)建立二維坐標(biāo)系，提取滸苔區(qū)域每個(gè)像素點(diǎn)的坐標(biāo)，評(píng)估每一幀初始圖像中滸苔的分布保真度，所述評(píng)估每一幀初始圖像中滸苔的分布保真度具體為：

12、；

13、其中，n為下標(biāo)，表示第n幀初始圖像，初始圖像集中共有n幀初始圖像；

14、為第n幀初始圖像中滸苔的分布保真度；

15、分別為第n幀、第n-1幀及第n+1幀初始圖像的分布特征系數(shù)；

16、s24：預(yù)設(shè)初始圖像中滸苔的分布保真度閾值，當(dāng)?shù)趎幀初始圖像中滸苔的分布保真度大于或等于分布保真度閾值時(shí)，選取第n幀初始圖像為檢校板的關(guān)鍵幀圖像，遍歷初始圖像集篩選獲得多個(gè)檢校板的關(guān)鍵幀圖像，構(gòu)成檢校板的關(guān)鍵幀圖像數(shù)據(jù)。

17、具體地，s23中，所述分布特征系數(shù)的計(jì)算策略具體如下：

18、；

19、其中，為下標(biāo)，表示第n幀初始圖像中滸苔區(qū)域的第e個(gè)像素點(diǎn)，為第n幀初始圖像中滸苔區(qū)域的像素點(diǎn)總數(shù)；

20、分別為第n幀初始圖像中滸苔區(qū)域的第e個(gè)像素點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)。

21、具體地，s3包括如下具體步驟：

22、s31：提取檢校板的幾何特征數(shù)據(jù)，其中，所述檢校板的幾何特征數(shù)據(jù)包括：檢校板中每個(gè)多邊形的邊數(shù)m、每個(gè)多邊形的總面積ar、每條邊的長(zhǎng)度、每個(gè)內(nèi)角的角度及檢校板上像素點(diǎn)的總數(shù)u；

23、s32：將檢校板的幾何特征數(shù)據(jù)導(dǎo)入檢校板邊角系數(shù)計(jì)算策略中，計(jì)算獲取檢校板邊角系數(shù)，所述檢校板邊角系數(shù)zl計(jì)算策略為：

24、；

25、s33：提取所述檢校板的關(guān)鍵幀圖像數(shù)據(jù)，并計(jì)算關(guān)鍵幀圖像數(shù)據(jù)的分辨率切換系數(shù)gs，所述關(guān)鍵幀圖像數(shù)據(jù)的分辨率切換系數(shù)的計(jì)算策略具體為：；

26、s34：根據(jù)s31-s33，計(jì)算獲取實(shí)際焦距，所述實(shí)際焦距f的計(jì)算策略具體為：，其中，h為檢校板的中心與光電平臺(tái)上光電吊艙之間的距離；為像元尺寸。

27、具體地，s4包括如下具體步驟：

28、s41：提取視場(chǎng)角數(shù)據(jù)及所述視場(chǎng)角對(duì)應(yīng)的實(shí)際焦距；

29、s42：構(gòu)建多個(gè)函數(shù)擬合模型，并通過(guò)最小二乘法來(lái)評(píng)估擬合模型參數(shù)，計(jì)算均方誤差對(duì)擬合結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，并將均方誤差有序排列；s43：選取均方誤差最小的函數(shù)擬合模型為最終函數(shù)擬合模型，并通過(guò)最終函數(shù)擬合模型對(duì)實(shí)際焦距與視場(chǎng)角的關(guān)系進(jìn)行擬合，獲取擬合完成后，實(shí)際焦距與視場(chǎng)角的函數(shù)關(guān)系，其中，所述實(shí)際焦距與視場(chǎng)角的函數(shù)關(guān)系為：，a和b均為最終函數(shù)擬合模型的模型參數(shù)，a=341.02，b=-0.945。

30、具體地，s4還包括如下具體步驟：

31、s44：獲取光電平臺(tái)上光電吊艙的相機(jī)的內(nèi)方位元素和外方位元素，其中，內(nèi)方位元素包括：相機(jī)在水平方向上的焦距、相機(jī)在垂直方向上的焦距、徑向畸變和切向畸變系數(shù)；外方位元素包括：旋轉(zhuǎn)矩陣r和平移向量t；

32、s45：提取不同視場(chǎng)角下的實(shí)際焦距，使用相機(jī)內(nèi)方位元素將圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為相機(jī)坐標(biāo)，其中，轉(zhuǎn)換方式為：

33、；

34、其中，為圖像坐標(biāo)，為相機(jī)坐標(biāo)系的深度值；

35、為圖像坐標(biāo)經(jīng)轉(zhuǎn)換后的相機(jī)坐標(biāo)；

36、為相機(jī)內(nèi)方位元素中的主點(diǎn)坐標(biāo)；

37、s46：使用外方位元素將相機(jī)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo)，其中，轉(zhuǎn)換方式為：

38、；

39、其中，為相機(jī)坐標(biāo)經(jīng)轉(zhuǎn)換后的世界坐標(biāo)。

40、具體地，s4還包括如下具體步驟：

41、s47：提取海面平均高程，計(jì)算實(shí)際海面高程gh，具體計(jì)算策略為：

42、；

43、其中，xh為光電平臺(tái)上光電吊艙的相機(jī)距離海面的高度；

44、為相機(jī)坐標(biāo)經(jīng)轉(zhuǎn)換后的世界坐標(biāo)中的高度坐標(biāo)；

45、s48：根據(jù)s41-s47，將圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為正射影像上的坐標(biāo)，其中，轉(zhuǎn)化策略具體為：

46、；

47、其中，分別為水平方向和垂直方向的傳感器尺寸；

48、s49：獲得正射圖像數(shù)據(jù)集合。

49、具體地，s5包括如下具體步驟：

50、s51：通過(guò)閾值分割算法提取所述正射圖像數(shù)據(jù)集合中滸苔區(qū)域的面積，構(gòu)成正射圖像滸苔面積數(shù)據(jù)集；

51、s52：評(píng)估實(shí)際海上滸苔面積，其中，所述實(shí)際海上滸苔面積為正射圖像滸苔面積數(shù)據(jù)集中各個(gè)數(shù)據(jù)量的均值。

52、具體地，所述檢校板的檢校圖案包括：第一色塊和第二色塊，所述第一色塊和第二色塊的形狀相同，均為多邊形，所述第一色塊和第二色塊的顏色不同，所述第一色塊和第二色塊間隔設(shè)置。

53、另外，本發(fā)明一種基于光電平臺(tái)的海上滸苔面積量算系統(tǒng)包括如下模塊：

54、視頻數(shù)據(jù)獲取模塊、關(guān)鍵幀圖像選取模塊、實(shí)際焦距計(jì)算模塊、正射圖像獲取模塊及滸苔面積量算模塊；

55、所述視頻數(shù)據(jù)獲取模塊用于提取多組檢校板，同步固定檢校板與光電平臺(tái)上光電吊艙之間的距離，調(diào)節(jié)光電平臺(tái)上光電吊艙的視場(chǎng)角對(duì)檢校板進(jìn)行拍攝，獲取不同視場(chǎng)角下檢校板的初始視頻數(shù)據(jù)；

56、所述關(guān)鍵幀圖像選取模塊用于提取初始視頻數(shù)據(jù)，對(duì)初始視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并選取檢校板的關(guān)鍵幀圖像數(shù)據(jù)；

57、所述實(shí)際焦距計(jì)算模塊根據(jù)所述檢校板的關(guān)鍵幀圖像數(shù)據(jù)，計(jì)算獲取實(shí)際焦距；

58、所述正射圖像獲取模塊根據(jù)所述關(guān)鍵幀圖像數(shù)據(jù)和實(shí)際焦距，對(duì)實(shí)際焦距與視場(chǎng)角的關(guān)系進(jìn)行擬合，通過(guò)所述擬合完成對(duì)關(guān)鍵幀圖像數(shù)據(jù)的正射影像校正，獲得正射圖像數(shù)據(jù)集合；

59、所述滸苔面積量算模塊根據(jù)正射圖像數(shù)據(jù)集合，量算實(shí)際海上滸苔面積。

60、一種存儲(chǔ)介質(zhì)，所述存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有指令，當(dāng)計(jì)算機(jī)讀取所述指令時(shí)，使所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述的一種基于光電平臺(tái)的海上滸苔面積量算方法。

61、一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的一種基于光電平臺(tái)的海上滸苔面積量算方法。

62、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以直接在滸苔作業(yè)外場(chǎng)直接實(shí)施，大大節(jié)約了時(shí)間成本，滿足災(zāi)害發(fā)生時(shí)的應(yīng)急測(cè)量。本發(fā)明通過(guò)對(duì)拍攝海上滸苔圖像的光電平臺(tái)進(jìn)行檢校，確保后續(xù)圖像數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)，檢校的目的是獲取光電平臺(tái)實(shí)際焦距與視場(chǎng)角之間的精確關(guān)系，焦距和視場(chǎng)角是相機(jī)成像的兩個(gè)重要參數(shù)，理論上兩者直接可以換算，實(shí)際應(yīng)用與光電吊艙的錄像設(shè)備，誤差極大，本發(fā)明中擬合的兩者之間的準(zhǔn)確函數(shù)關(guān)系對(duì)于后續(xù)圖像的校正和面積量算至關(guān)重要，提高了滸苔測(cè)量的準(zhǔn)確度。