一種船載視場可調(diào)的海面觀測裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種船載視場可調(diào)的海面觀測裝置及方法。通過船載定位裝置、高清攝像機和固定機構(gòu)的設(shè)計，建立船載視場可調(diào)的海面觀測裝置及方法，通過時間同步、裝置安裝、視場調(diào)節(jié)、觀測和信息處理等步驟實現(xiàn)。本發(fā)明針基于高清攝像技術(shù)和高精度定位技術(shù)，并設(shè)計視場可調(diào)的固定機構(gòu)，提出信息處理方法，實現(xiàn)了海面觀測和面積估算。本發(fā)明可在海面赤潮、溢油、鋒面和水下礁石等海洋現(xiàn)象和過程的現(xiàn)場定位觀測和面積估算中發(fā)揮極大的實用價值。
【專利說明】一種船載視場可調(diào)的海面觀測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋觀測領(lǐng)域，具體是一種通過船載定位、高清攝像和固定機構(gòu)等裝置，實現(xiàn)視場可調(diào)的海面觀測，如所希望那樣對海面的粗糙度和顏色異常區(qū)域的進行定位測量和面積估算的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]海面上廣發(fā)存在的赤潮、溢油、鋒面、水下礁石等海洋現(xiàn)象和過程，能在海面上表現(xiàn)為粗糙度和顏色的異常區(qū)域。在現(xiàn)有海洋觀測方法中，通過目視、拍照和攝像觀測方法很難確定準(zhǔn)確的位置和范圍，通過衛(wèi)星或航空遙感方法又存在機動性差和準(zhǔn)確度低等缺陷。如何通過現(xiàn)場觀測方法獲取上述海面現(xiàn)象或過程的準(zhǔn)確位置和范圍面積等信息，在海洋觀測與研究工作中具有十分迫切的需求。從檢索到的公開資料看，尚未有類似的船載視場可調(diào)的海面觀測裝置及方法，實現(xiàn)對海面現(xiàn)象和過程的定位觀測和面積估算功能。
[0003]由于赤潮、溢油、鋒面、水下礁石等海洋現(xiàn)象和過程能在海面上表現(xiàn)為粗糙度和顏色的異常區(qū)域，本發(fā)明針對上述粗糙度和顏色異常區(qū)的現(xiàn)場觀測定位和面積估算的需要，基于視頻成像原理和衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)，通過配置船載視場可調(diào)的固定機構(gòu)，建立視場可調(diào)的海面觀測裝置及方法，實現(xiàn)對海面粗糙度異常區(qū)和顏色異常區(qū)的定位觀測和面積估算，可用于赤潮、溢油、鋒面和水下礁石等海洋現(xiàn)象和環(huán)境要素的現(xiàn)場觀測。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種船載視場可調(diào)的海面觀測裝置及方法。
[0006]一種船載視場可調(diào)的海面觀測裝置，其特征在于其包括船載定位裝置、高清攝像機和固定機構(gòu)，其中船載定位裝置，可采用單機GPS終端、差分GPS終端或?qū)嵤﹦討B(tài)差分GPS終端，用于獲取船舶的準(zhǔn)確位置；高清攝像機，可采用具有高清攝像能力的商用攝像機，用于獲取時間序列的海面信息；固定機構(gòu)，用于將高清攝像機固定在船舶上，具有視場角度可調(diào)功能。
[0007]所述固定機構(gòu)包括固定桿與活動桿，固定桿的一端與活動桿的一端鉸接,活動桿的另一端設(shè)置高清攝像機，活動桿與固定桿之間設(shè)置有支撐桿，支撐桿的一端與活動桿鉸接，支撐桿的另一端可與設(shè)置在固定桿上的多個活動螺絲中的任意一個連接，固定機構(gòu)通過固定桿固定于船舶上。
[0008]使用所述裝置的船載視場可調(diào)的海面觀測方法，其特征在于其包括以下處理步驟:
(1)使用該裝置前，需將高清攝像機和船載定位裝置的時間進行同步；
(2)裝置安裝和測量；
(3)通過調(diào)節(jié)固定機構(gòu)獲得適當(dāng)?shù)囊晥鼋嵌龋?4)打開船載定位裝置和高清攝像機的電源開關(guān)，獲取船舶航行中的位置信息和時間序列的海面觀測信息；
(5)基于同步的觀測獲取的時間序列的位置信息和海面觀測信息，進行處理分析獲得海洋觀測目標(biāo)的信息，如位置、面積。
[0009]所述的方法，其特征在于步驟(1)中，將船載定位裝置的時間同步到衛(wèi)星定位系統(tǒng)的系統(tǒng)時間，同時將高清攝像機的系統(tǒng)時間更新到船載定位裝置的時間，使得兩者保持時間同步。
[0010]所述的方法，其特征在于步驟(2)中，將固定機構(gòu)固定到船舶上，固定機構(gòu)可以采用垂直和水平兩種固定方法，根據(jù)需要可選擇垂直固定于船舶側(cè)面，也可以水平固定于甲板或船舶頂棚，固定方法，可以采用焊接方法或螺絲固定的方法，完成固定機構(gòu)的固定后，將高清攝像機固定于固定機構(gòu)上，安裝船載定位裝置到船上。測量高清攝像機到海面的垂直高度h、攝像機和船載定位裝置的水平距離dX和dY。
[0011]所述的方法，其特征在于步驟(3)中，根據(jù)攝像機的監(jiān)視器觀測視場，調(diào)節(jié)固定機構(gòu)的視場角度e和高清攝像機的焦距f，使得高清攝像機的視場范圍和觀測距離適當(dāng)，同時記錄高清攝像機的傳感器垂直尺寸I和水平尺寸k、以及設(shè)定的行數(shù)m和列數(shù)n。
[0012]所述的方法，其特征在于步驟(4)中，根據(jù)海面觀測任務(wù)的需要，將船載定位裝置和高清攝像機開機，使兩者處于同步工作狀態(tài)，分別獲取時間序列的位置信息和海面觀測視頻息。
[0013]所述的方法，其特征在于步驟(5)中對步驟(4)獲取的同步的時間序列位置信息和海面觀測視頻信息進 行處理分析，根據(jù)連續(xù)觀測獲得的錄像信息，獲得具有海面粗糙度或色調(diào)異常區(qū)信息的錄像片段，確定存在異常區(qū)域的范圍，獲得異常區(qū)域中像素，通過分析和計算每一個異常像素的位置和面積等信息，計算方法如下:
根據(jù)攝像機的傳感器的垂直尺寸i和水平尺寸和設(shè)定的攝像圖像的行數(shù)m和列數(shù)n，可計算高清攝像機的傾斜視場角(垂直方向)為:
【權(quán)利要求】
1.一種船載視場可調(diào)的海面觀測裝置，其特征在于其包括船載定位裝置(7)、高清攝像機(4)和固定機構(gòu)，其中船載定位裝置(7)，可采用單機GPS終端、差分GPS終端或?qū)嵤﹦討B(tài)差分GPS終端，用于獲取船舶的準(zhǔn)確位置；高清攝像機(4)，可采用具有高清攝像能力的商用攝像機，用于獲取時間序列的海面信息；固定機構(gòu)，用于將高清攝像機(4)固定在船舶上，具有視場角度可調(diào)功能。
2.如權(quán)利要求1所述的一種船載視場可調(diào)的海面觀測裝置，其特征在于所述固定機構(gòu)包括固定桿(1)與活動桿(3),固定桿(1)的一端與活動桿(3)的一端鉸接,活動桿(3)的另一端設(shè)置高清攝像機(4)，活動桿(3)與固定桿(I)之間設(shè)置有支撐桿(2)，支撐桿(2)的一端與活動桿(3)鉸接，支撐桿(2)的另一端可與設(shè)置在固定桿(1)上的多個活動螺絲(5)中的任意一個連接，固定機構(gòu)通過固定桿(1)固定于船舶上。
3.一種使用如權(quán)利要求1所述裝置的船載視場可調(diào)的海面觀測方法，其特征在于其包括以下處理步驟: 使用該裝置前，需將高清攝像機(4)和船載定位裝置(7)的時間進行同步； 裝置安裝與測量； 通過調(diào)節(jié)固定機構(gòu)獲得適當(dāng)?shù)囊晥鼋嵌龋? 打開船載定位裝置(7)和高清攝像機(4)的電源開關(guān)，獲取船舶航行中的位置信息和時間序列的海面觀測信息； 基于同步的觀測獲取的時間序列的位置信息和海面觀測信息，進行處理分析獲得海洋觀測目標(biāo)的信息，如位置、面積。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于步驟(1)中，將船載定位裝置(7)的時間同步到衛(wèi)星定位系統(tǒng)的系統(tǒng)時間，同時將高清攝像機(4)的系統(tǒng)時間更新到船載定位裝置(7)的時間，使得兩者保持時間同步。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于步驟(2)中，將固定機構(gòu)固定到船舶上，固定機構(gòu)可以采用垂直和水平兩種固定方法，根據(jù)需要可選擇垂直固定于船舶側(cè)面，也可以水平固定于甲板或船舶頂棚，固定方法，可以采用焊接方法或螺絲固定的方法，完成固定機構(gòu)的固定后，將高清攝像機(4)固定于固定機構(gòu)上，安裝船載定位裝置(7)到船上，并測量高清攝像機(4)到海面的垂直高度h、攝像機和船載定位裝置(7)的水平距離dX和dY。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于步驟(3)中，根據(jù)攝像機的監(jiān)視器觀測視場，調(diào)節(jié)固定機構(gòu)的視場角度Q和聞清攝像機的焦距f，使得聞清攝像機(4)的視場范圍和觀測距離適當(dāng)，同時記錄高清攝像機(4)的傳感器垂直尺寸I和水平尺寸k、以及設(shè)定的行數(shù)m和列數(shù)n。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于步驟(4)中，根據(jù)海面觀測任務(wù)的需要，將船載定位裝置(7)和高清攝像機(4)開機，使兩者處于同步工作狀態(tài)，分別獲取時間序列的位置信息和海面觀測視頻信息。
8.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于步驟(5)中對步驟(4)獲取的同步的時間序列位置信息和海面觀測視頻信息進行處理分析，根據(jù)連續(xù)觀測獲得的錄像信息，獲得具有海面粗糙度或色調(diào)異常區(qū)信息的錄像片段，確定存在異常區(qū)域的范圍，獲得異常區(qū)域中像素，通過分析和計算每一個異常像素的位置和面積等信息，計算方法如下:根據(jù)攝像機的傳感器的垂直尺寸I和水平尺寸和設(shè)定的攝像圖像的行數(shù)m和列數(shù)n，可計算高清攝像機(4)的傾斜視場角(垂直方向)為:


9.高清攝像機(4)獲得的每一幀圖像中任意位置像素(i，j)的中心位置(U)為:
【文檔編號】G01C13/00GK103791892SQ201410026697
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】張華國, 傅斌, 李利紅, 楊康 申請人:國家海洋局第二海洋研究所