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专利号: 2021108568304
申请人: 武汉科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-08
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种船载摄像头的单目水面目标分割及单目测距方法,其特征在于,至少包括如下步骤:S1、从船载摄像头拍摄的视频流中按帧读取图像;

S2、从步骤S1中抽取关键帧,针对抽取的关键帧,对所有出现在视觉范围内的环境进行目标检测,从中筛选出目标;

采用基于深度卷积神经网络的目标检测算法Faster R‑CNN处理图像,其网络结构包括RPN和Fast R‑CNN两个部分,其中,RPN用于预测输入图像中可能包含目标的候选区域,Fast R‑CNN用于分类RPN预测的候选区域;

具体地,通过基于深度卷积神经网络的目标检测算法Faster R‑CNN进行目标检测的步骤包括:

1)采用预训练网络模型初始化RPN网络参数,通过随机梯度下降算法和反向传播算法微调RPN网络参数;

2)采用预训练网络模型初始化Faster R‑CNN目标检测网络参数,并用步骤1)中的RPN网络提取候选区域,训练目标检测网络;

3)采用步骤2)中训练好的目标检测网络重新初始化并微调RPN网络参数,得到新的RPN网络;

4)采用步骤3)中的RPN网络提取候选区域,并对步骤2)中训练好的目标检测网络参数进行微调;

5)重复步骤3)和步骤4),直至达到最大迭代次数或网络收敛;

S3、基于筛选出的目标和实际的应用场景,进行二维边界框框定和图像分割,获取当前视频帧中目标信息;

S4、根据激光测距获取的摄像头到目标底部的距离数据以及步骤S3获取的目标信息,计算目标对应的传感器系数;

S5、建立几何关系测距模型,根据几何关系测距模型,并利用步骤S4得到的目标对应的传感器系数,计算目标与单目摄像头之间的水平距离;

S6、根据步骤S5得到的目标与单目摄像头之间的水平距离,建立视场角优化模型进行视场角优化,获得目标与单目摄像头之间的距离。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S1中,所述船载摄像头的安装位置固定,其视场角和俯仰角可自由调整。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S3中,采用实例分割网络进行图像分割,即基于区域协方差引导的卷积神经网络算法。

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,基于区域协方差引导的卷积神经网络算法包括如下步骤:

1)以像素为单元提取关键帧的低级特征;

2)以多维特征向量为基础构造区域协方差;

3)以协方差矩阵为训练样本构造卷积神经网络模型;

4)基于局部和全局对比度原则计算图像显著性;

5)框出显著的目标,获取目标信息。

5.根据权利要求3或4所述的方法,其特征在于,步骤S4中,根据实例分割网络获取的目标信息,进行坐标系转换后,再结合激光测距获取的距离数据从而计算出目标对应的传感器系数。

6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S5中,目标与单目摄像头之间的水平距离计算过程包括如下:

1)获取所述船载摄像头离水平面的高度H和所述船载摄像头的焦距f;

2)获取所述船载摄像头拍摄目标时的俯仰角pitch;

3)获取所述船载摄像头测量目标在图像中的高度的像素大小h;

4)通过下述公式(1)计算确定所述船载摄像头与目标之间的水平距离:其中,k为步骤S4中所述的传感器系数。