[发明专利]一种基于图像目标识别的水面目标规避方法

权利要求书

1.一种基于图像目标识别的水面目标规避方法，该方法通过在航行的船舶上安装360度全视角摄像系统实现，该摄像系统包括：设置在船身的最高处同一平面上的前后左右4个方向的4个摄像头，所述方法包括：

步骤1)通过360度全视角摄像系统采集船舶四周水面图像，并对图像进行畸变校正和倾斜校正；

步骤2)利用目标检测模型识别出校正后的图像中的天际线以及是否存在障碍物，若图像中存在障碍物，则进入步骤3)，否则，转入步骤5)；

步骤3)利用天际线和障碍物在图像中的位置计算障碍物的距离和大小，并利用多帧图像估算障碍物移动轨迹；

步骤4)判断障碍物与船舶是否存在发生碰撞的可能，若为是，转入步骤6)；否则，转入步骤5)；

步骤5)判断避障操作后是否规划过航线，若为是，则保持原行驶速度或航行方向；否则，重新规划到目的地的航线，并按新航线行驶；

步骤6)调整船舶的航线，使船舶与障碍物保持安全距离；

所述步骤1)之前还包括对360度全视角摄像系统的进行标定的步骤，具体包括：

步骤T1)分别对4个摄像头进行畸变校正，校正后能将4个摄像头的图像拼接成全视角图像；

步骤T2)对定标物在图像中的横坐标与实际角度之间的关系进行标定：设定全视角图像的横坐标原点，然后对多个已知的与船舶相对角度的定标物进行拍摄，得出定标物在图像中的横坐标与实际角度之间的标定关系；

步骤T3)对摄像头安装高度与图像中天际线和定标物的像素距离之间关系进行标定：在360度全视角摄像系统所在平面水平时对天际线进行拍摄，并测量此时360度全视角摄像系统与海平面之间的距离，得到摄像头安装高度与图像中天际线和定标物的像素距离之间的标定关系；

步骤T4)对像素距离与实际距离之间的比例关系进行标定，是采用下式计算摄像头的参数f和x：

其中，f是摄像头光心与成像平面的距离，x是天际线在成像平面上与成像平面中心的距离，h₀为摄像头安装高度，d₁为定标物与船舶的距离，h为图像中天际线和定标物的像素距离，d₀为天际线与船舶的距离：

其中，R为地球的半径；

所述定标物在图像中的横坐标与实际角度之间的标定关系为：

θ＝am²+bm+c

其中，θ为实际角度，m为定标物在图像中的横坐标，a、b和c为参数，采用最小二乘法能够得到参数a、b和c的估计值；

所述摄像头安装高度与图像中天际线和定标物的像素距离之间的标定关系：

h₀＝e₁h²+e₂h+e₃

其中h₀为摄像头安装高度，h为图像中天际线和定标物的像素距离，采用最小二乘法能够得到参数e₁、e₂和e₃的估计值；

所述倾斜校正具体为：通过旋转图像使得图像的天际线保持水平，并且使旋转后天际线的纵坐标为旋转前天际线纵坐标的均值；

所述步骤3)具体包括：

步骤3-1)计算当前摄像头的实际高度h₁：

其中，为校正后的图像中障碍物与天际线的像素距离；

步骤3-2)采用下式计算障碍物与船舶的距离：

其中，为障碍物与船舶的距离；

步骤3-3)计算障碍物的缩放系数并估计障碍物的大小；

步骤3-4)利用连续的多帧图像中障碍物实际角度和距离的变化，估计障碍物与船舶的相对移动速度和行进方向，由此得到障碍物移动轨迹；其中，障碍物实际角度为：

其中，为障碍物在校正后图像中的横坐标。