CN106781601A - 基于三维视觉拼接的船舱内车辆定位跟踪***与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于三维视觉拼接的船舱内车辆定位跟踪***与方法，包括探测***、传输电缆和定位***，探测***由多个视觉探头、多个光源和交换机组成，所有视觉探头的视频信号经交换机后由传输电缆送到定位***，定位***由计算机、网卡、显示器构成；探测***将整个船舱划分为若干个大小相等的分区，每个分区的四角分别布置一视觉探头，每个视觉探头同时对着该分区的船舱空间，视觉探头倾斜安装，每个视觉探头的测量边界点高度均应高于舱内所有车辆高度，从而保证视觉探头不存在探测盲点和目标缺失现象。本发明采用计算机视觉技术和分区方法实现舱内车辆的准确定位与跟踪，不仅提高探测效率，而且最大限度地回避人工因素的干扰。

Description

基于三维视觉拼接的船舱内车辆定位跟踪***与方法

技术领域

本发明涉及一种船舱内车辆定位跟踪***与方法，具体地，是一种基于三维视觉拼接技术的船舱内车辆定位跟踪***与方法。

背景技术

在货船的船舱里面，会运输各种类型的车辆(例如运输车、救援车、各类装甲车等)。为了保证所有的驶入车辆都能够安全迅速地到达到各自指定的位置，并且高效安全可靠地驶离船舱，需要对整个船舱进的车辆进行监控，确定每个车辆的所在位置与姿态，并对运动之中的车辆运行轨迹进行跟踪，提高船舶数字化水平。

在各种运动目标定位与跟踪探测技术中，基于计算机视觉的定位与跟踪技术具有最高的准确性与智能化程度，成为首先技术手段。但是，相对于常规的大范围运动目标定位与跟踪有所不同，船舱内车辆的定位与跟踪具有非常特殊之处和难点。特别是船舱内的空间具有狭长而低矮的特点，如果仅仅采用一个视觉探测设备，即使采用了超广角镜头，也无法满足全舱车辆的定位与跟踪，势必采用多视觉探头图像拼接技术实现全舱范围内的车辆定位与跟踪。由此，多个视觉探测设备势必造成整个***的成本剧增，***复杂性也随之增大。因此，如何减小视觉探头的数量，降低成本，降低***复杂性，成为一个难题。

另一方面，常规的多视场拼接都是针对平面目标的，即目标高度可以忽略不计。但是在船舱内部，车辆的高度与船舱内部的舱顶十分接近。因此，目标的高度不仅不能忽略，而且二维平面目标变为三维立体目标，传统的二维图像拼接方法完全失效，目标信息丢失严重，无法实现可靠拼接。

发明内容

针对目前船舱内车辆定位与跟踪技术存在的诸多问题，本发明提出一种基于三维视觉拼接技术的船舱车辆定位跟踪***与相应的方法，不仅可以有效减少所需的视觉探测***数量，而且可以实现三维目标的可靠拼接。

本发明是通过以下技术方案实现的：

根据本发明的一个方面，提供一种基于三维视觉拼接的船舱内车辆定位跟踪***，所述***包括探测***、传输电缆和定位***，探测***位于船舱内，定位***位于监控室，探测***与定位***通过传输电缆相连；

所述探测***包括多个视觉探头、多个光源和交换机，所述视觉探头和所述光源安置于船舱内顶部，所有所述视觉探头的视频信号经过所述交换机后由所述传输电缆送到所述定位***；所述的探测***将整个船舱划分为若干个大小相等的分区，每个分区的四角分别布置一个所述视觉探头，每个所述视觉探头同时对着该分区的船舱空间，捕获该分区内的所有车辆信息与舱内环境信息；

所述定位***包括计算机、网卡、显示器，上述网卡用于接收所有所述视觉探头的视频信号并传递给所述计算机，所述计算机用于处理各个所述视觉探头传输的图像信息，最终得到所有车辆的位置与姿态信息，并显示于所述显示器上。

优选地，所述的视觉探头不是竖直安装的，而是倾斜安装的，每个所述视觉探头的测量边界点的高度均应高于舱内所有车辆的高度，从而保证所述视觉探头不存在探测盲点和目标缺失现象，保证分区内所有车辆的全覆盖。

更优选地，所述的视觉探头采用超广角镜头，从而获得更大范围的车辆信息，减少所述视觉探头的总数量。

优选地，所述的视觉探头采用工业级摄像机，其像素数以满足测量精度的需求。

优选地，所述的光源采用LED光源，以减少其他热光源因发热而带来的测量误差。

优选地，所述的计算机采用工业控制计算机来实现数据处理，保证性能稳定，满足测量环境的要求。

根据本发明的另一个方面，提供一种基于三维视觉拼接的船舱内车辆定位跟踪方法，所述方法如下：

计算机采用多线程处理方式，线程数与视觉探头数一致，即每个线程对应一个视觉探头，每个线程分别对传输到计算机的视频信息同步、独立进行处理；其中：

每个线程对于视觉探头传输来的一幅图像进行滤波去噪声、提取特征纹理预处理，将提取到的特征纹理信息与事先预存的车辆信息进行比对和匹配，从而判定该车辆的位置信息；

每个线程根据目标车辆在视觉探头内距离中心的距离作为该视觉探头的权重；

计算机单独设置另外一个独立线程，采用同一分区内同一目标车辆的所有视觉探头的定位结果的加权算数平均值作为该车辆的最终定位结果；

利用相邻两次车辆的位置信息可以计算出此时车辆的运行方向即姿态信息。

本发明与现有技术相比较，具有如下有益效果：

本发明采用计算机视觉技术和分区方法实现舱内车辆的准确定位与跟踪，不仅提高探测效率，而且最大限度地回避人工因素的干扰。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例的***组成原理示意图；

图2为本发明一实施例的船舱两分区原理与布局示意图；

图3为本发明一实施例的视觉探头倾斜安装视角示意图；

图4为本发明一实施例的软件***多线程工作原理示意图；

图5为本发明一实施例的车辆姿态角计算原理示意图；

图中：

1-探测***，2-传输电缆，3-定位***；4-视觉探头，5-光源，6-交换机，7-网卡，8-计算机，9-显示器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种基于三维视觉拼接的船舱内车辆定位跟踪***，所述***由探测***1、传输电缆2和定位***3三个部分组成，所述探测***1位于船舱内，所述定位***3位于监控室，所述探测***1与所述定位***3通过所述传输电缆2相连。

如图1所示，所述探测***1由多个视觉探头4、多个光源5和交换机6组成，其中：多个所述视觉探头4和所述光源5均安置于船舱内顶部，用于获取车辆及舱内环境信息；所有视觉探头4的视频信号均经过交换机6后由传输电缆2送到定位***3；

如图1所示，所述定位***3由网卡7、计算机8、显示器9构成，其中：所述网卡7用于接收所有视觉探头4经传输电缆2传输的视频信号并传递给所述计算机8，所述计算机8处理各个视觉探头4传输的视频信息，最终可以得到所有车辆的位置与姿态信息，并显示在所述显示器9上。

作为优选地，所述探测***1将整个船舱划分为若干个大小相等的分区，每个分区的四角分别布置一个视觉探头4，每个视觉探头4同时对着该分区的船舱空间，捕获该分区内的所有车辆信息与舱内环境信息；

如图2所示为船舱两分区原理与布局示意图，每个分区的大小为半个船舱空间，每个半舱分区的四角分别布置一个视觉探头4，每个视觉探头4同时对着该半舱分区的船舱空间，用于捕获该半舱分区内的所有车辆信息与舱内环境信息；整个船舱共布置8个视觉探头。

作为优选地，所述探测***1中的视觉探头4不是竖直安装的，而是倾斜安装的；每个视觉探头4的测量边界点的高度均高于舱内所有车辆的高度，从而保证视觉探头4不存在探测盲点和目标缺失现象，保证了分区内所有车辆的全覆盖。

如图3所示为一个具体船舱两分区的视觉探头安装示意图，船舱总长80m、高5.2m，半舱长度40m，车辆高度为2.5m，所述视觉探头4视角上边界线的俯仰角约为3°、下边界线的摆角约为9°，由此可知：所述视觉探头4的垂直视角约为90°-3°+9°＝96°，所述视觉探头4光轴的俯仰角为3°+96°/2＝51°。

所述的视觉探头4采用超广角镜头，可以获得更大范围的车辆信息、减少视觉探头4的总数量。例如，采用二分区方案，所述视觉探头4的视角约为96°*1.4＝134°。

所述的视觉探头4采用工业级摄像机，其像素数应该满足测量精度的需求。

所述的光源5采用LED光源，以减少其他热光源因发热而带来的测量误差。

所述的计算机8采用工业控制计算机来实现数据处理，保证性能稳定，满足测量环境的要求。

基于上述的***，提供一种基于三维视觉拼接的船舱内车辆定位跟踪***的数据处理方法，即上述计算机得到所有车辆的位置与姿态信息的具体数据处理方法，具体为：

计算机8采用多线程处理方式，线程数与视觉探头4的数量一致，每个线程对应一个视觉探头4。图1所示***为例，全舱共八个视觉探头4，计算机8软件开始八个线程与八个视觉探头4向对应，每个线程分别对传输到计算机8的视频信息同步、独立进行处理，最终进行融合处理，如图4所示；

每个线程对于视觉探头4传输来的一幅图像进行预处理，包括滤波去噪声、提取特征纹理；

每个线程将提取到的特征纹理信息与事先预存的车辆信息进行比对和匹配，从而判定该车辆的位置信息。例如对于实施例一中的一个分区，四个视觉探头4对应的线程给出的该车辆位置坐标分别为(x₁，y₁)、(x₂，y₂)、(x₃，y₃)、(x₄，y₄)；

考虑到车辆不同位置具有不同的定位精度与可靠性，每个线程根据目标车辆在视觉探头4距离中心的距离作为该视觉探头4权重；例如对于实施例一中的一个分区，四个视觉探头4对应的线程给出的该车辆位置与中心的距离分别为：d₁、d₂、d₃、d₄；

计算机8单独设置另外一个独立线程，采用同一分区内同一目标车辆的所有视觉探头4定位结果的加权算数平均值作为该车辆的最终定位结果；例如对于实施例一中的一个分区，目标车辆的最终位置坐标：

x＝(d₁x₁+d₂x₂+d₃x₃+d₄x₄)/(d₁+d₂+d₃+d₄)

y＝(d₁y₁+d₂y₂+d₃y₃+d₄y₄)/(d₁+d₂+d₃+d₄)

利用相邻两次车辆的位置信息可以计算出此时车辆的运行方向(即姿态)。例如，假设相邻两次测量所得的车辆坐标分别为(x1,y1)和(x2,y2)，如图5所示，则当前车辆的运行方向(即姿态角)为：

θ＝arctan[(y2-y1)/(x2-x1)]

本发明采用计算机视觉技术和分区方法实现舱内车辆的准确定位与跟踪，无需人工参与，不仅探测效率大幅度提高，而且可以最大限度地回避人工因素的干扰。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种基于三维视觉拼接的船舱内车辆定位跟踪***，其特征在于，所述***包括探测***、传输电缆和定位***，探测***位于船舱内，定位***位于监控室，探测***与定位***通过传输电缆相连；

所述探测***包括多个视觉探头、多个光源和交换机，所述视觉探头和所述光源安置于船舱内顶部，所有所述视觉探头的视频信号经过所述交换机后由所述传输电缆送到所述定位***；所述的探测***将整个船舱划分为若干个大小相等的分区，每个分区的四角分别布置一个所述视觉探头，每个所述视觉探头同时对着该分区的船舱空间，捕获该分区内的所有车辆信息与舱内环境信息；

所述定位***包括计算机、网卡、显示器，上述网卡用于接收所有所述视觉探头的视频信号并传递给所述计算机，所述计算机用于处理各个所述视觉探头传输的图像信息，最终得到所有车辆的位置与姿态信息，并显示于所述显示器上。

2.根据权利要求1所述的一种基于三维视觉拼接的船舱内车辆定位跟踪***，其特征在于：所述的视觉探头倾斜安装，每个所述视觉探头的测量边界点的高度均应高于舱内所有车辆的高度，从而保证所述视觉探头不存在探测盲点和目标缺失现象，保证分区内所有车辆的全覆盖。

3.根据权利要求2所述的一种基于三维视觉拼接的船舱内车辆定位跟踪***，其特征在于：所述的视觉探头采用超广角镜头。

4.根据权利要求3所述的一种基于三维视觉拼接的船舱内车辆定位跟踪***，其特征在于：所述的视觉探头采用工业级摄像机。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于三维视觉拼接的船舱内车辆定位跟踪***，其特征在于：所述的光源采用LED光源。

6.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于三维视觉拼接的船舱内车辆定位跟踪***，其特征在于：所述的计算机采用工业控制计算机。

7.一种根据权利要求1-6任一项所述的基于三维视觉拼接的船舱内车辆定位跟踪***的数据处理方法，其特征在于，所述方法如下：

计算机采用多线程处理方式，线程数与视觉探头数一致，即每个线程对应一个视觉探头，每个线程分别对传输到计算机的视频信息同步、独立进行处理；其中：

每个线程对于视觉探头传输来的一幅图像进行滤波去噪声、提取特征纹理预处理，将提取到的特征纹理信息与事先预存的车辆信息进行比对和匹配，从而判定该车辆的位置信息；

每个线程根据目标车辆在视觉探头内距离中心的距离作为该视觉探头的权重；

计算机单独设置另外一个独立线程，采用同一分区内同一目标车辆的所有视觉探头的定位结果的加权算数平均值作为该车辆的最终定位结果；

利用相邻两次车辆的位置信息计算出此时车辆的运行方向即姿态信息。