船载视频中海上目标的双目视觉定位方法研究

发布时间：2017-04-12 23:20

  本文关键词：船载视频中海上目标的双目视觉定位方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前,双目立体视觉在智能交通领域应用非常广泛,然而在航海领域的应用却非常少。船舶驾驶员对于船舶周围环境的感知直接影响船舶的航行安全,尤其是在夜间以及能见度不良等情况下,更需要有效的技术手段获取周围目标的信息。本文主要针对雷达和AIS对于海上弱小目标探测的不足,提出将双目立体视觉技术应用于海上目标定位,作为雷达和AIS的补充,协助船舶安全航行。双目立体视觉包括图像获取、摄像机标定、特征提取、立体匹配和三维重组等。本文主要围绕摄像机标定、立体匹配和三维重组进行理论和实验研究,针对船载视频提出了海上目标的双目视觉定位方法。首先,本文分析海上环境特征并结合传统摄像机标定方法,设计了船载摄像机的标定方法,通过平面模板法标定摄像机内参数,通过求解本质矩阵获得摄像机外参数；然后,分析了海上目标图像特征,设计了海上目标的立体匹配算法,利用极线约束条件,大幅缩小了目标匹配的搜索区域,在满足精度要求的情况下保证了算法的实时性；最后,分析双目立体视觉的成像模型,针对航行过程中船舶摇晃问题,提出了基于摄像机姿态测量的目标位置修正方法,采用微机电惯性传感器捕获摄像机实时的姿态信息,据此修正船舶倾斜引起的误差。本文设计了摄像机内参数标定装置以及摄像机姿态模拟平台,开展了摄像机标定、目标立体匹配以及基于摄像机姿态测量的位置修正实验,并在大连海事大学专用教学实习船“育鲲”轮上进行了海上目标的双目视觉定位实船实验,实验结果验证了本文所提出方法的可行性。
【关键词】：船载视频 海上目标 双目视觉定位 摄像机标定 立体匹配
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 课题研究背景及意义10-13
• 1.2 目标定位方法分析13-16
• 1.2.1 目标定位方法分类13-15
• 1.2.2 航海领域定位方法分析15-16
• 1.3 双目立体视觉研究现状16-19
• 1.3.1 摄像机标定研究现状16-18
• 1.3.2 立体匹配研究现状18-19
• 1.4 课题研究难点19
• 1.5 主要研究内容19-21
• 1.6 本章小结21-22
• 第2章 双目立体视觉基本理论22-29
• 2.1 摄像机透视投影模型22-25
• 2.1.1 常用的四个坐标系22-23
• 2.1.2 摄像机线性投影模型23-24
• 2.1.3 摄像机镜头畸变24-25
• 2.2 双目立体视觉25-28
• 2.2.1 双目立体视觉原理25-26
• 2.2.2 若干基本概念26-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第3章 海上目标双目定位方法29-52
• 3.1 海上目标双目定位总体设计29-31
• 3.1.1 海上环境特征分析29-30
• 3.1.2 海上双目定位方法总体设计30-31
• 3.2 船载摄像机标定31-37
• 3.2.1 摄像机标定概念及常用方法31-32
• 3.2.2 船载摄像机标定方法总体设计32-33
• 3.2.3 船载摄像机标定实验及结果分析33-37
• 3.3 海上目标立体匹配37-43
• 3.3.1 立体匹配的基本概念37-39
• 3.3.2 海上目标立体匹配算法设计39-41
• 3.3.3 海上目标立体匹配实验及结果分析41-43
• 3.4 三维重组43-51
• 3.4.1 空间点三维重组43-44
• 3.4.2 基于摄像机姿态测量的位置修正方法44-48
• 3.4.3 基于摄像机姿态测量的位置修正实验及结果分析48-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第4章 海上目标双目定位程序实现和实船实验52-57
• 4.1 海上目标双目定位程序实现52-53
• 4.2 海上目标双目定位实船实验53-54
• 4.3 实验结果及分析54-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第5章 总结与展望57-59
• 5.1 本文的主要工作57
• 5.2 研究展望57-59
• 参考文献59-63
• 致谢63-64
• 作者简介64

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本文编号：302299