[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

说明书

本发明属于船舶与海洋工程技术领域，涉及到一种适用于船舶冰区走航测试的海冰厚度识别系统，特别涉及到船舶在冰区航行过程中对海冰翻转过程的图像采集装置以及对图像中海冰厚度参数的自动识别方法。图像采集装置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。本发明可捕捉海冰横截面的视频图像信息，可得到延迟低于1秒与精度达到厘米的海冰厚度参数并解决了海冰图像的标定问题。

技术领域

本发明属于船舶与海洋工程技术领域，涉及到一种适用于船舶冰区走航测试的海冰厚度识别系统，特别涉及到船舶在冰区航行过程中对海冰翻转过程的图像采集装置以及对图像中海冰厚度参数的自动识别方法。

背景技术

海冰是极地船舶所面临的主要环境威胁，海冰对结构所产生的冰荷载严重影响了船舶的安全作业。已有研究表明冰载荷与海冰厚度呈明显的正相关关系，因此海冰的厚度测量是预测与衡量冰载荷的重要参数之一，对其进行准确有效的测量可有助于提高冰区船舶航行的安全性。

已公知的文献有：合成孔径雷达图像的海冰海水的分割方法CN202010411937.3；基于最小二乘平差的海冰厚度分布估测方法及系统CN202010008413.X；一种基于可变焦图像法的野外冰厚冰速自动测量方法CN201610586517.2；基于数字图像处理的海冰参数识别与统计分析，大连理工大学，顾纵棋，2016；季顺迎等，渤海海冰现场监测的数字图像技术及其应用，海洋学报(中文版)，2011，33(04):79-87。

首先，这些专利的保护内容主要是海冰参数的识别方法，而并没有描述海冰的图像采集设备及其安装方法。其次，专利“合成孔径雷达图像的海冰海水的分割方法”中所采用的合成孔径雷达主要基于电磁辐射信号，对海冰的识别精度较低仅可达到米级；专利“基于最小二乘平差的海冰厚度分布估测方法及系统”中所述方法主要针对卫星遥感图片，其识别精度通常仅为公里级且采样频率较低。此外，专利“一种基于可变焦图像法的野外冰厚冰速自动测量方法”、文献“基于数字图像处理的海冰参数识别与统计分析”与“渤海海冰现场监测的数字图像技术及其应用”中所述的方法是基于静态的海洋平台而非船体结构，船舶与海洋平台不同的结构形式所导致的海冰翻转部位差异和图像信息中海冰厚度的自动标定与自动识别均未考虑。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供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。

本发明要解决的技术问题是：

(1)在船舶冰区航行过程中获取实时、毫米级精度的海冰厚度参数；

(2)所述系统可捕捉海冰与船体相互作用后海冰的翻转过程；

(3)通过几何图形学方法对海冰翻转截面及海冰厚度进行自动识别。

为达到以上目的，本发明的技术方案是：

一种适用于极地船舶走航测试的海冰厚度识别系统，包括黑白双目摄像机、红外测距仪3、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3与数据交换机连接，显示屏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，因此黑白双目摄像机可得到海冰截面图像并结合相应方法计算海冰厚度。