基于机器视觉的船舶升沉检测方法.pdf

《基于机器视觉的船舶升沉检测方法.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、凰应用技术基于机器视觉的船舶升沉检测方法邹木春曾应坚(1．梧州学院电子信息工程系2．华南理工大学机动车辆技术设备厂)摘要：针对民用起重作业船舶由于波浪等引起的升沉检测问题，提出了基于机器视觉的船舶升沉检测方法。首先建立船舶升沉检测系统架构，通过双目立体视觉三维测量方式，对目标位置的垂直高度进行测量，之后对检测图像进行系列处理，最后给出船舶升沉值对应的数据处理流程图，并将该方法进行应用。结果表明，双目测距最大误差2．08％，系统安装调试方便，可为实现波浪补偿提供实时数据，满足起重作业的安全要求。关键词：船舶升沉；机器视

2、觉；图像处理说，需要的仅是被补给船上货物着落点与补给船(或1引言岸基)上起重机吊臂间的相对高度。检测系统架构如船舶的工作环境十分复杂，受风、浪、流、潮的图1所示，主要包括两个摄像头、一台电脑(或DSP影响，不可避免地产生显著的升沉摇摆运动，给船上系统)、一个特征物体。系统双目摄像头固定安装在作业、水下作业带来一定的影响，甚至会导致安全事起重机吊臂上，安装时故[¨。因此准确检测船舶的升沉位移量，为生产系统两摄像头光轴平面与提供合适的补偿是非常必要的。水平面垂直。在被补给目前检测船舶的升沉位移量方法主要有姿态传船上的货物

3、着落点附感器法、零波面超声波检测法和传感器系统检测法等近放置特征物体，利用[2-4]双目立体视觉三维测图1系统架构图。姿态传感器法是为测量船体或水中拖体的动态变化而设计的，仪器需固定安装在船体上，可以提供量的办法即可检测出摄像头与特征物体之间的相对实时高动态精度的运动测量数据。但它价格比较昂位置，从而得出相对高度。为了便于图像处理，系统贵，固定安装后需作比较复杂的调试后方能使用；零采用的特征物体是一圆形色块。波面超声波检测法基于零波面理论，利用超声测距原3基于机器视觉的船舶升沉检测方法理进行测量。其在环境复杂的情况下

4、，噪声和误差都比较大，而且该办法需安装三个具有恒深度自动调节3．1船舶升沉双目立体视觉三维测量机理功能的超声发射器，实际操作困难；传感器系统检测船舶升沉双目立法则需在补给船(岸基)与被补给船上分别安装各种体视觉三维测量原理传感器，然后利用电脑系统来分析处理数据，调试系如图2所示，设左摄统时需考虑各传感器的安装位置与性能，对于经常变像头O．xyz位于世界换被补给船只时，安装调试工作量大、准确度不高。坐标系的原点且无旋综合上述办法的利弊，结合民用起重作业的特点，本转，图像坐标系为图2双目立体视觉测量文提出一种基于机器视觉

5、的船舶升沉检测方法。OlYL，有效焦距为中空间点三维重建：右摄像头坐标为2船舶升沉检测系统架构．Or-xrYrZr,[~像坐标系为Or-XrYr，，有效焦距为fr。在波浪补偿系统中，需要检测的数据是补给船对于船舶升沉过程同一特征点P，在左右两摄像(或岸基)与被补给船的相对位置。对于起重作业来机的图像坐标分别为Pl=(X1，Yt)、Pr=(xr,Yr)2010年第3期自动化与信息工程37则空间P点的三维坐标可以表示为5所示。最后在X=zX,／f,MATLAB中利用区域Y=zr,／f,描绘子区域的质心求法(一)(1)踟一

6、一，即函数regionprops(++)一fr(r~++)Centroid')，L为图像(f一)矩阵，Centroid是各色r,(r7++fro—(++．)图4色彩增强与二值化结果块质心的、】，坐标向其中，O—xyz坐标系与Or_XrYrZ~标系之间的空量，由此求得各区域质间转换矩阵为mtr，=心坐标。根据特征色块[RT](2)面积最大特点，可得到目标特征色块点在左右R=T=两个平面图像中的坐标为=、=。图5去孤立点滤波结果，分别为O．xyz坐标系与Or-x坐标系之间将、、墨、Yr代入经的旋转矩阵和原点的平移变换矢量

7、。标定、参数，过标定后的双目测距公式(2)，便可得到目标点在即可根据图像处理的输出结果求出P的实际坐标位空间的坐标(yJZ)，从而得到直接反映了补给置[5J。本检测系统安装左右两摄像机时，因两摄像机船(或岸基)与被补光轴相交，且构成的平面与两摄像机图像平面垂直，给船的相对垂直距离O一XrY~,系在与O—xyz系重合的基础上绕y轴旋转Z，即船舶的升沉量。角度并在XZ平面上平移到(fz，若旋转矩阵用欧系统数据处理流程图拉角表示【6J，则可得到如下R和如图6所示。VcosO0sin]Vtxl4应用试验：1010fT：10I

8、(3)依据上述方法，l-sin0COS0llt1先对本文所用的系统图6系统数据处理流程图3．2船舶升沉图像处理进行标定。试验时，将特征色块放在实验船舶中不同在双目测距系统中，图像处理是关键，本系统中方位(即空间坐标x、Y)、不同距离(即空间坐标z)，图像处理的办法如下：双目摄像头获取图像后(见图获取特征点在左右摄像机摄取的图像坐标PI(X1，Y