[发明专利]一种船舶水线提取方法

权利要求书

1.一种船舶水线提取方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，通过摄像机获取船舶与水面接触区域的视频，提取视频中连续帧图像；

步骤2，通过对原始采集图片进行图像动态配准来降低船体晃动造成两帧图像背景改变的影响；

所述的图像动态配准算法表示如下：

图像配准算法分为四个步骤：

1)首先对图像中的高亮颜色区域进行二值化，如式(1)所示，

其中R_T、B_T、G_T分别为图像红、蓝、绿三颜色通道阈值；AVE_T为图像三颜色通道取平均值阈值；R(i,j)、B(i,j)、G(i,j)分别为视频第一帧图像n₀任意点的三颜色通道，二值化后统计图像I的像素连通域的长宽比，找到连通域长宽比接近1，且连通域像素数目大于设定的连通域像素数目阈值T的连通域，并将此连通域最小正方形包围区域记作M₀，记下该区域的起始像素坐标(x₀,y₀)；

2)在下一帧图像n₁上，利用M₀自左向右，自上而下在图像n₁上搜索匹配度最高的区域，记为M₁，记下M₁的起始像素坐标(x₁,y₁)，其中模板匹配的相似度可以通过SSD(Sum ofSquare Difference)计算得到；

3)模板匹配后，通过仿射变换对图像n₁进行变换，变换公式为：

n₁(i,j)＝n₁((i+(x₁-x₀)),(j+(y₁-y₀)) (2)

4)同理，重复上述步骤，利用上一帧提取的模板对下一帧图像进行动态配准操作；

步骤3，利用帧间作差算法消除两帧图像的耦合区域，最终针对帧间作差后图像连通域存在不连续现象，采用形态学闭运算处理的方法对图像进行恢复和断点连接，实现对图像的预处理；

步骤4，经过预处理后的帧间差图像中仍然存在不规律分布的噪声，利用基于三角隶属函数关系的迭代分割算法对预处理图像进行转化，减少噪声影响，用Otsu分割，将图像转化为二值化图像；

所述的基于三角隶属函数关系对预处理图像进行转化的具体步骤如下：

1)设X＝{1,2,······H}为图像纵坐标集，其中H为图像像素高，则其模糊集表示如下：

式中x表示X的元素，X相对于特定的p隶属度可以用表示，

为了得到初始化参数p，将初始帧进行预处理，再对图像进行二值化，其中二值化方法为Otsu，然后对其进行水平投影，设定阈值T₁的值为二值图像明亮像素总数的3％，记下水平投影后第一次大于阈值T₁的行值为L_min，继续搜索水平投影小于阈值T₁的行值记为L_max，p＝(L_max+L_min)/2即为隶属函数的初始参数；

2)设图像预处理后的图片为G_k，利用三角隶属函数进行变化，变化后的图像为Q_k，经过变化后能够增强水线区域，变化公式如下：

3)将图像Q_k进行Otsu分割，得到二值图像B_k；

4)根据视频相邻帧间水线的纵坐标差值小的特性，在提取出当前帧中的水线后，估计下一帧图像中水线的位置，作为下一帧图像的三角隶属函数的参数p重复算法的第2步到第4步，从而实现整个视频的迭代分割；

步骤5，图像分割后，感兴趣的特征区域即船体和水面的交界区域仍然存在断点，为了完整提取水线，利用线性采样然后再进行双线性插值重构水线轮廓。

2.根据权利要求1所述的一种船舶水线提取方法，其特征在于，在步骤4中，所述迭代法是一种重复运算的方法，迭代分割的方法就是首先对初始帧进行处理求出一个初始值即隶属函数初始参数p，然后把经过三角隶属函数转化后的图像Otsu分割；对每一帧图像都重复以上这样的步骤，实现整个视频帧的迭代分割。

3.根据权利要求1所述的一种船舶水线提取方法，其特征在于，所述步骤5的具体方法如下：

1)首先选取采样的起始点，点集合为{(0*n,0),(1*n,0),(2*n,0),…,(w*n,0),…(W＇*n,0)}，w表示采样段数，W＇表示采样的总段数，n表示采样间隔，其中n需要满足比例关系:W表示为图像像素宽，INT表示取整，该比例关系既可以表征水线真实趋势，同时也尽可能避免了连续采集到错误采样点，便于后期滤波处理；

2)从采样起始点开始，由上向下扫描二值化图B_k，记下符合下述条件的坐标点j，并将其存储到数组M：

IF B_k(w*n,j-1)＝＝0 and B_k(w*n,j)>0 THEN M[m]＝j

式中，m为符合条件的坐标点的个数；

3)对数组M进行滤波，以消除可能存在的错误采样点，然后对滤波后的数组进行双线性插值，重构得到水线；

4)提取当前水线后，需要对三角隶属函数的参数p进行更新，作为下一帧图像中水线的初始位置；首先对线性插值数组取整得到M＇，M＇插值后的元素个数恢复为原来的像素宽W，将M＇进行水平投影运算，投影后的数组为P，则更新后的三角隶属函数的参数p为：

基于线性采样的船舶水线提取的方法，既能提取当前水线，又能给下一帧水线提供初始位置的估计，为下一帧图像分割提供基础。