[发明专利]一种适用于船舶冰区走航测试的海冰厚度识别系统及海冰厚度识别方法

权利要求书

1.一种适用于船舶冰区走航测试的海冰厚度识别系统，其特征在于，所述的海冰厚度识别系统包括黑白双目摄像机、红外测距仪、图形处理器、显示屏、数据交换机，其中，黑白双目摄像机与图形处理器、数据交换机连接，红外测距仪与数据交换机连接，显示屏用于显示所测海冰厚度及图像处理后的结果；

所述的黑白双目摄像机用于采集海冰翻转过程的视频图像特别是翻转过程中海冰截面出水后垂直于水面时的图像；所述黑白双目摄像机设于船艏向船身的过渡区域，且其照射方向竖直向下朝向海面，在船舶航行过程中海冰与船艏率先发生碰撞，随着船舶继续前进破碎后的海冰沿船艏外板向船尾方向移动，当碎冰由船艏流经至船身时，碎冰翻转为与水面垂直方向且部分冰体露出水面，此时黑白双目摄像机照射方向垂直于翻转碎冰的截面，得到海冰截面图像；

所述的激光测距仪设于黑白双目摄像机附近且照射方向竖直向下垂直于水面，用于测量黑白双目摄像机与海平面之间距离；在通过数字图像对海冰厚度进行识别时，需通过摄像机与海冰之间间距对图像信息及尺寸进行标定，而船舶吃水变化会改边摄像机与水面之间的间距，采用激光测距仪可通过非接触方式不断更新摄像机与海冰之间的实际距离，提高所识别海冰厚度的精度；

所述的双目摄像机所采集的视频图像与红外测距仪所测得数据通过导线传输至图形处理器；图像处理器通过图像处理方法对黑白双目摄像机采集的视频图像信息进行处理，并提取海冰厚度参数；图像处理器根据红外测距仪所测得摄像机距离冰面的距离，计算出图像中每个像素点所对应的真实尺寸。

2.根据权利要求1所述的一种适用于船舶冰区走航测试的海冰厚度识别系统，其特征在于，所述的图像处理器的配置需满足显存16G、DDR6以上，可对分辨率为1280×720像素的图片实现低于0.1秒的处理速度。

3.根据权利要求1所述的一种适用于船舶冰区走航测试的海冰厚度识别系统，其特征在于，所述的黑白双目摄像机仅采集灰度图像；所述黑白双目摄像机所采集的视频分辨率高于1280×720像素，该像素点能够保证厚度5米以下海冰的厚度识别分辨率达到0.1厘米；所述黑白双目摄像机采集频率需达到100帧，此时摄像机采集频率所引起的反转角度误差约为1°，可同时满足海冰厚度厘米级的识别精度与低于1秒的同步精度及延迟要求。

4.一种基于适用于极地船舶走航测试的海冰厚度识别系统实现的海冰厚度识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

Step 1：通过黑白双目摄像机采集海冰与船身碰撞破坏后的反转图像，所采集的视频图片为P0；其中，黑白双目摄像机采用双目成像原理，在海冰厚度识别过程中需判断碎冰截面是否完全垂直与水面，通过两路已知角度的图像信息可获得海冰翻转角度的信息从而判断海冰是否完全垂直于水面；

Step 2：采用图像处理器对P0进行图像处理，提取每个像素与相邻的8个像素点的灰度梯度几何平均数并进行膨胀和腐蚀等处理，将处理结果绘制为梯度向量图片P1；

Step 3：将P1图片中的灰度值分布进行统计，采用灰度值中占比为前10％像素点的最低值为阈值进行二值化处理，高于该阈值的像素点划分为特征点，如此可得到以像素点图片P2；

Step 4：采用霍夫变换对P2图像中像素点所在线段进行识别，并将所识别的所有线段进行统计，其中L_i为第i条线段，并记录该线段的端点A_i和B_i的坐标A_i(x_Ai，y_Ai)、B_i(x_Bi，y_Bi)；

Step 5：根据每条线段的端点坐标，计算其在相对坐标系下的角度α_i、长度d_i与中点坐标M_i(x_Mi，y_Mi)；对所有线段中任意两条线段的相对位置关系进行计算，包括角度差、长度差、距离；

Step 6：对任意两条线段的相对位置关系进行计算，得到线段对的相对夹角Δα_i,j、长度比R_i,j、中点间距Δd_i,j；对每个变量分别给出约束值即Δα_j5°、0.5R_dj2、Δd_j5m，若同时满足以上约束条件则认为线段L_i与L_j组成的线段对(L_i，L_j)属于同一块海冰的上下截面；

Step 6：在每组线段对中，将一条线段L_i向另一条线段L_j进行投影，并以像素点为单位求出两条线段的间距，且认为间距代表所识别海冰的厚度，将同一帧图像内的海冰厚度所对应的像素点数量取均值；

Step 7：通过黑白双目摄像机的转动角度及红外测距仪所测得的摄像机至冰面距离对视频图像进行标定，得到每个像素点所对应的实际尺寸；

Step 8：将以像素点为单位的冰厚换算为以米为单位的冰厚。