[发明专利]一种基于图像目标识别的水面目标规避方法

说明书

本发明公开了一种基于图像目标识别的水面目标规避方法，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，则不调整航线；否则，重新规划到目的地的航线；步骤6)调整船舶的航线。

技术领域

本发明涉及信号处理领域，特别是一种基于图像目标识别的水面目标规避方法。

背景技术

船舶在水面上航行时，会因意外或人为的因素与其他船舶、各种固定物体或者浮动物体之间发生碰撞，导致人身伤亡或者财产损失，因此船舶之间的避碰以及对周围障碍物的避障是船舶航行安全的重要保障。要避免船舶航行时发生碰撞，除了提高有人船驾驶者的技术水平和安全意识外，通过船舶避碰方法或避碰控制策略等技术手段来提高船舶对其他船舶或障碍物的规避能力也是减少碰撞事故发生的另一个有效途径，上述技术也是无人船自主航行的核心技术之一。

船舶的避障通常可以分为两步进行，首先通过雷达、摄像头等传感器或融合多种传感器的信息来发现并定位障碍物，然后采用避障算法来规划船舶的行驶路线，使其能绕过障碍物到达目的地并在航行过程中与障碍物保持安全距离，常用的避障算法有人工势场法、A*算法、角度控制法等。根据障碍物的类型不同，船舶避障可以分为静态避障和动态避障两类。静态障碍物主要是位置固定的礁石、码头、水上固定的平台等，船舶在检测出静态障碍物后，调整原定的航行路线，以绕开障碍物并到达目的地。目前对于静态避障已有不少成熟的方法，并已被广泛应于船舶避障中。动态的障碍物指实际环境中存在的位置会发生变化的其他船舶或者飘浮物体，与静态障碍物相比，由于动态障碍物的位置不固定，因此规避难度更大，静态避障算法在很多情况下并不适用于动态障碍物。动态避障除了需要发现障碍物、规划航行路线外，还要在通过障碍物的过程中不断保持对障碍物的监测，随时调整行进方向以避免碰撞。目前在动态避障方面尚无成熟的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术缺陷，提供了一种基于图像目标识别的水面目标规避方法，该方法使用360度全视角摄像系统监测海面，识别并发现船只等障碍物，并通过目标在图像中的位置和大小来判断目标的距离、速度、行进方向和大小，规划航行路线进行躲避。与现有技术相比，本发明具有监测范围大、算法复杂度低、硬件结构简单、成本低等优点，可以广泛用于船只避障、无人船自动驾驶等应用中。

为实现上述目的，本发明提出了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。

作为上述方法的一种改进，所述步骤1)之前还包括：建立和训练目标检测模型的步骤，具体包括：