CN108197562A - 一种基于视频技术的ais信息可视化方法及实现系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视频技术的AIS信息可视化方法，首先对监控视频图像进行目标检测，检测到运动船舶；其次解析船舶AIS信息并保存，接着对相机进行标定得到经纬度与图像中像素的对应关系；然后将AIS信息中的经纬度转换成图像中的像素位置，得到AIS信息对应的船舶位置，最后将AIS信息叠加至视频中对应的船舶上方，实现AIS信息可视化。本发明还提出了AIS信息可视化的实现系统，将视频技术与AIS技术相融合，对视频数据进行船舶检测，同时对接收的AIS信息进行解析，根据经纬度信息找到对应的像素位置，之后将AIS数据叠加至视频中相应的船舶上，实现AIS信息的可视化，是一项集创新性与实用性于一体的方案。

Description

一种基于视频技术的AIS信息可视化方法及实现系统

技术领域

本发明涉及内河航道管理及海事安全管理领域，具体涉及一种AIS信息可视化方法。

背景技术

船舶自动识别系统（简称AIS）是一种目前广泛应用于海上及内河船舶之间进行身份识别、监控、避碰和船舶间相互通信的新型助航设备。然而，在实际工作中，AIS设备常常被人为关闭，使得内河航道及海事安全管理出现“盲区”，存在一定的安全隐患。将视频技术与AIS信息相结合实现AIS信息可视化，一方面可以统计AIS开机率，找出未开启AIS的船舶，另一方面对船舶信息有直观的展示。

现有的AIS融合技术大多基于雷达系统，将雷达图像与AIS相结合，从而增强系统可靠性。但是雷达技术动态数据更新效率低且易受气象海况等环境影响，传统视频技术与雷达技术相比，可以达到“所见即所得”的特性，因此无论从航道及海事管理层面还是技术层面，需要研究一种基于视频技术将AIS信息可视化的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对背景技术指出的问题，提出一种基于视频技术的AIS信息可视化方法及实现系统。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提出一种基于视频技术的AIS信息可视化方法，包括步骤：

1）对监控视频图像进行目标检测，检测到运动船舶；

2）解析船舶AIS信息并保存，AIS信息包括船名、船舶类型、船长、船宽及经纬度信息；

3）对采集视频图像的相机进行标定得到经纬度与图像中像素的对应关系；

4）将AIS信息中的经纬度转换成图像中的像素位置，得到AIS信息对应的船舶位置；

5）将AIS信息叠加至视频中对应的船舶上方，实现AIS信息可视化。

作为本发明提出的AIS信息可视化方法进一步的解决方案，所述步骤1）中基于背景建模法对视频进行目标检测，检测到运动船舶；具体如下：

（101）、输入视频信号，对视频流进行背景建模，背景建模时先对模型进行初始化，之后判断像素点是否为前景点，并设定合适的更新机制更新背景模型；

（102）、背景建模后得到前景点，用连通域分析法分析前景点，得到的连通域作为目标候选区；

（103）、根据先验知识对目标候选区域中的非船舶目标进行去除，最后得到船舶目标。

作为本发明提出的AIS信息可视化方法进一步的解决方案，所述步骤2）中解析AIS船舶信息并保存，其中，接收到AIS信息后，需要先将AIS设备输出的8位的ASCII码数据转换为6位的ASCII码，再根据6位ASCII码表，将6位ASCII码转换为比特形式的数据信息，参照NMEA-0183协议便可解析出船舶信息。

作为本发明提出的AIS信息可视化方法进一步的解决方案，所述步骤3）中，根据相机的标定信息得到图像像素点坐标与世界坐标的对应关系，再结合相机经纬度，得到图像中像素与经纬度的对应关系。

作为本发明提出的AIS信息可视化方法进一步的解决方案，所述步骤1）中背景建模方法采用Vibe背景模型法。

作为本发明提出的AIS信息可视化方法进一步的解决方案，所述步骤（102）中连通域分析法是采用种子填充法，具体为：选取一个前景像素点作为种子，然后根据连通区域的两个基本条件：像素值相同且位置相邻，将与种子相邻的前景像素合并到同一个像素集合中，最后得到的该像素集合则为一个连通区域。

作为本发明提出的AIS信息可视化方法进一步的解决方案，所述步骤（103）中是通过分析各连通区域的属性，对每个属性设定阈值范围，从而达到将非船舶目标去除的目的。

作为本发明提出的AIS信息可视化方法进一步的解决方案，连通区域属性包括：面积、外接矩形宽高比和矩形度；其中，已知连通区域是一个点集，包含连通区域内每个像素点坐标，面积即为该区域内像素点个数；外接矩形就是对该区域取最小外接矩形，外接矩形宽高比即最小外接矩形的宽度高度之比；矩形度即为区域面积与外接矩形面积之比，该值越接近1，该区域外形越接近矩形；针对以上属性设定阈值，去除非目标，得到目标船舶。

本发明还提出一种基于视频技术的AIS信息可视化实现系统，包括：

检测单元，用于对监控视频图像进行目标检测，检测到运动船舶；

AIS信息获取单元，用于解析船舶AIS信息并保存，AIS信息包括船名、船舶类型、船长、船宽及经纬度信息；

图像标定单元，用于对采集视频图像的相机进行标定得到经纬度与图像中像素的对应关系；

位置换算单元，用于将AIS信息中的经纬度转换成图像中的像素位置，得到AIS信息对应的船舶位置；

AIS信息叠加单元，用于将AIS信息叠加至视频中对应的船舶上方，实现AIS信息可视化。

作为上述本发明提出的AIS信息可视化实现系统进一步的实现方案，AIS信息获取单元包括转码单元和解析单元，其中：

转码单元，用于接收到AIS信息后，将AIS设备输出的8位的ASCII码数据转换为6位的ASCII码，再根据6位ASCII码表，将6位ASCII码转换为比特形式的数据信息；

解析单元，用于将转码单元得到的比特形式的数据信息参照NMEA-0183协议解析出船舶信息。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明将视频技术与AIS技术相融合，对视频数据进行船舶检测，同时对接收的AIS信息进行解析，根据经纬度信息找到对应的像素位置，之后将AIS数据叠加至视频中相应的船舶上方，实现AIS信息的可视化，是一项集创新性与实用性于一体的方案。

附图说明

图1是本发明方法流程图。

图2是本发明AIS信息叠加示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

如图1所示，为本发明方法流程图。

本发明公开的一种基于视频技术的AIS信息可视化方法，包括以下步骤：

1）基于背景建模法对视频进行目标检测，检测到运动船舶；

2）解析AIS船舶信息并保存，AIS信息包括船名、船舶类型、船长、船宽及经纬度等信息；

3）对相机进行标定得到经纬度与图像中像素的对应关系；

4）将AIS中的经纬度转换成图像中的像素位置，得到AIS信息对应的船舶位置；

5）将AIS信息叠加至视频中对应的船舶上方，实现AIS信息可视化。

作为本发明的一个实施例，所述步骤1）中，基于背景建模法对视频进行目标检测，检测到运动船舶，具体步骤为：

输入视频信号，对视频流进行背景建模，本发明中背景建模方法采用Vibe背景模型法。背景建模后得到前景点，用连通域分析法分析前景点，得到的连通域作为目标候选区。根据先验知识对目标候选区域中的非船舶目标进行去除，最后得到船舶目标。

连通域分析采用种子填充法，该算法的思路：选取一个前景像素点作为种子，然后根据连通区域的两个基本条件（像素值相同且位置相邻）将与种子相邻的前景像素合并到同一个像素集合中，最后得到的该像素集合则为一个连通区域。

非目标去除是通过分析各连通域的属性，对每个属性设定阈值范围，从而达到将非目标去除的目的。本发明分析的连通域属性主要有：面积、外接矩形宽高比和矩形度。已知连通域是一个点集，包含连通域内每个像素点坐标。面积即为该区域内像素点个数；外接矩形就是对该区域取最小外接矩形，外接矩形宽高比即最小外接矩形的宽度高度之比；矩形度即为区域面积与外接矩形面积之比，该值越接近1，该区域外形越接近矩形。针对以上属性设定阈值，去除非目标，得到目标船舶。

所述步骤2）中，解析AIS船舶信息并保存，AIS信息包括船名、船舶类型、船长、船宽及经纬度等信息：

AIS设备输出的数据为标准ASCII码。每条信息均以'$'或'!'开头,以回车换行符结尾，接收到信息后，需要先将8位的ASCII码转换为6位的ASCII码，再根据6位ASCII码表，将6位ASCII码转换为比特形式的数据信息，参照NMEA-0183协议便可解析出船舶信息。

所述步骤3）中，对相机进行标定得到经纬度与图像中像素的对应关系：

根据相机的标定信息得到图像像素点坐标与世界坐标的对应关系，再结合相机经纬度，得到图像中像素与经纬度的对应关系。

所述步骤4）中，将AIS中的经纬度转换成图像中的像素位置，得到AIS信息对应的船舶位置。

所述步骤5）中，将AIS信息叠加至视频中对应的船舶上方，实现AIS信息可视化，叠加后图像如图2。

本发明还提出一种基于视频技术的AIS信息可视化实现系统，包括：

检测单元，用于对监控视频图像进行目标检测，检测到运动船舶；

AIS信息获取单元，用于解析船舶AIS信息并保存，AIS信息包括船名、船舶类型、船长、船宽及经纬度信息；

图像标定单元，用于对采集视频图像的相机进行标定得到经纬度与图像中像素的对应关系；

位置换算单元，用于将AIS信息中的经纬度转换成图像中的像素位置，得到AIS信息对应的船舶位置；

AIS信息叠加单元，用于将AIS信息叠加至视频中对应的船舶上方，实现AIS信息可视化。

下面以一个具体的实例对本技术方案作举例说明：

第一步：基于Vibe背景建模法对视频进行目标检测，随后对前景点进行连通域分析，设定连通域属性阈值去除非船舶目标，得到最终船舶。

第二步：解析AIS船舶信息并保存，AIS信息包括船名、船舶类型、船长、船宽及经纬度等信息。

第三步：计算经纬度与图像像素坐标对应关系，并据此计算AIS信息对应的船舶位置。

第四步：将AIS信息叠加至视频中对应的船舶上方，实现AIS信息可视化。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于视频技术的AIS信息可视化方法，其特征在于，包括步骤：

1）对监控视频图像进行目标检测，检测到运动船舶；

2）解析船舶AIS信息并保存，AIS信息包括船名、船舶类型、船长、船宽及经纬度信息；

3）对采集视频图像的相机进行标定得到经纬度与图像中像素的对应关系；

4）将AIS信息中的经纬度转换成图像中的像素位置，得到AIS信息对应的船舶位置；

5）将AIS信息叠加至视频中对应的船舶上方，实现AIS信息可视化。

2.根据权利要求1所述的AIS信息可视化方法，其特征在于：所述步骤1）中基于背景建模法对视频进行目标检测，检测到运动船舶；具体如下：

（101）、输入视频信号，对视频流进行背景建模，背景建模时先对模型进行初始化，之后判断像素点是否为前景点，并设定合适的更新机制更新背景模型；

（102）、背景建模后得到前景点，用连通域分析法分析前景点，得到的连通域作为目标候选区；

（103）、根据先验知识对目标候选区域中的非船舶目标进行去除，最后得到船舶目标。

3.根据权利要求1所述的AIS信息可视化方法，其特征在于：所述步骤2）中解析AIS船舶信息并保存，其中，接收到AIS信息后，需要先将AIS设备输出的8位的ASCII码数据转换为6位的ASCII码，再根据6位ASCII码表，将6位ASCII码转换为比特形式的数据信息，参照NMEA-0183协议便可解析出船舶信息。

4.根据权利要求1所述的AIS信息可视化方法，其特征在于：所述步骤3）中，根据相机的标定信息得到图像像素点坐标与世界坐标的对应关系，再结合相机经纬度，得到图像中像素与经纬度的对应关系。

5.根据权利要求2所述的AIS信息可视化方法，其特征在于：所述步骤1）中背景建模方法采用Vibe背景模型法。

6.根据权利要求2所述的AIS信息可视化方法，其特征在于：所述步骤（102）中连通域分析法是采用种子填充法，具体为：选取一个前景像素点作为种子，然后根据连通区域的两个基本条件：像素值相同且位置相邻，将与种子相邻的前景像素合并到同一个像素集合中，最后得到的该像素集合则为一个连通区域。

7.根据权利要求6所述的AIS信息可视化方法，其特征在于：所述步骤（103）中是通过分析各连通区域的属性，对每个属性设定阈值范围，从而达到将非船舶目标去除的目的。

8.根据权利要求7所述的AIS信息可视化方法，其特征在于：连通区域属性包括：面积、外接矩形宽高比和矩形度；其中，已知连通区域是一个点集，包含连通区域内每个像素点坐标，面积即为该区域内像素点个数；外接矩形就是对该区域取最小外接矩形，外接矩形宽高比即最小外接矩形的宽度高度之比；矩形度即为区域面积与外接矩形面积之比，该值越接近1，该区域外形越接近矩形；针对以上属性设定阈值，去除非目标，得到目标船舶。

9.一种基于视频技术的AIS信息可视化实现系统，其特征在于，包括：

检测单元，用于对监控视频图像进行目标检测，检测到运动船舶；

AIS信息获取单元，用于解析船舶AIS信息并保存，AIS信息包括船名、船舶类型、船长、船宽及经纬度信息；

图像标定单元，用于对采集视频图像的相机进行标定得到经纬度与图像中像素的对应关系；

位置换算单元，用于将AIS信息中的经纬度转换成图像中的像素位置，得到AIS信息对应的船舶位置；

AIS信息叠加单元，用于将AIS信息叠加至视频中对应的船舶上方，实现AIS信息可视化。

10.根据权利要求9所述的AIS信息可视化实现系统，其特征在于，AIS信息获取单元包括转码单元和解析单元，其中：

转码单元，用于接收到AIS信息后，将AIS设备输出的8位的ASCII码数据转换为6位的ASCII码，再根据6位ASCII码表，将6位ASCII码转换为比特形式的数据信息；

解析单元，用于将转码单元得到的比特形式的数据信息参照NMEA-0183协议解析出船舶信息。