CN108769617A - 基于无人机的船舶水尺读数智能识别系统 - Google Patents

基于无人机的船舶水尺读数智能识别系统 Download PDF

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王文鑫
吴超鹏
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Abstract

本发明公开了一种基于无人机的船舶水尺读数智能识别系统，涉及无人机技术以及视频实时处理领域，用于解决传统人工读取船舶吃水线深度的不准确问题。它包括：无人机，用于采集目标物上的水尺刻度；地面控制器，用于接收无人机的飞行参数以及控制飞行状态，同时接收无人机采集到的视频数据；移动设备，用于接收地面控制器传输来的视频数据，并对视频信息进行视频解码、图像截取、图像处理和结果显示。本发明的优点是：操作简便，界面直观简洁，实时性好，准确率高。

Description

基于无人机的船舶水尺读数智能识别系统
技术领域
本发明涉及无人机技术以及视频实时处理领域涉，尤其涉及一种基于无人机的船舶水尺读数智能识别系统。
背景技术
船舶水尺计重是国内外广泛认可和应用于船舶运输大宗散装货物计量重量的方法，其结果可作为大宗散货商品交接结算、处理索赔、计算运费和通关计税等的依据。一般水尺计重的重量误差可控制在0.5％以内，计重误差造成的货差往往导致买方、卖方、船东和检验师的商业纠纷。
传统的水尺观测主要依靠工作人员乘坐拖船靠近船体的6个水尺，通过目测读出每个水池的读数，或者在岸边读出水尺的刻度。这样的方法比较直接，采用的时间较长，但是在精度、时间、经济成本、安全性方面存在一定的局限性。
发明内容
本发明填补了现有技术的空白，提供了一种基于无人机的船舶水尺读数智能识别系统。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于无人机的船舶水尺读数智能识别系统，用于读取目标物上的水尺刻度，包括：
无人机，用于采集目标物上的水尺刻度；
地面控制器，用于接收无人机的飞行参数以及控制飞行状态，同时接收无人机采集到的视频数据；
移动设备，用于接收地面控制器传输来的视频数据，并对视频信息进行视频解码、图像截取、图像处理和结果显示。
进一步的，所述无人机上具有第一供电模块、飞行模块、摄像模块和第一无线通信模块，所述第一供电模块采用锂电池，所述飞行模块采用四旋翼无人机飞行组件，所述摄像模块包括云台及安装在云台上的相机，所述地面控制器控制云台以调整相机的拍摄角度。
进一步的，所述地面控制器上具有第二供电模块、第二无线通信模块、显示模块和移动设备接口，第二供电模块采用锂电池，第一无线通信模块和第二无线通信模块通过无线通信方式进行通讯，所述显示模块为LED显示屏，用于显示当前无人机的飞行信息，通过移动设备接口将视频信息传输到移动设备。
进一步的，所述目标物为船舶，其船艏、船艉及船体中部均有吃水线刻度。
进一步的，所述对视频数据进行视频解码、图像截取、图像处理和结果显示，具体如下：
(1)将视频数据解析为YUV格式的图像数据；
(2)根据设定的间隔对图像帧进行截取；
(3)对截取到的图像帧进行图像预处理，包括图像去噪、高斯平滑、直方图均衡化和增强图像对比度；
(4)对预处理之后的图像进行自适应二值化处理，提取刻度的连通域；
(5)采用分类器对刻度进行识别，得到水尺倾斜角θ、数字间距d和数字竖直高度h，使用水尺倾斜角θ对图形进行校正，使图中水尺竖直；
(6)定位水尺末端，识别水线位置，结合距离水线最近的整数部分读数N，水线到该整数刻度的竖直距离v以及步骤(5)中得到的参数，计算当前图像帧的水尺刻度读数r，计算方式为：
(7)将计算得到的结果r进行显示，在处理结束后，将所有的结果r求取平均值作为该时段内的水尺读数结果R。
本发明的有益效果是：采用无人机的高效性与机动性，结合快速，准确的视频实时处理算法，可以准确，实时地对进港船只进行计重。解决了人工读数的低效，不准确问题。因此，该系统具有高效，准确，实用性强等特点。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明图像处理软件系统的结构框图；
图中，无人机1、地面控制器2、移动设备3、目标物4、四旋翼无人机飞行组件11、相机12、云台13、第二无线通信模块21、显示模块22、移动设备接口23、视频信号及飞行参数24、控制信号25。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明的一种基于无人机的船舶水尺读数智能识别系统，用于读取目标物4上的水尺刻度，包括无人机1、地面控制器2、用于视频实时处理的移动设备3和搭载在移动设备3上的图像处理软件；所述无人机1包括第一供电模块、飞行模块、摄像模块和第一无线通信模块。
所述地面控制器2用于接收飞行参数和视频数据以及控制飞行状态，包括第二供电模块，第二无线通信模块21、显示模块22和移动设备接口23。
所述图像处理软件用于接收视频信息并处理得到识别结果，包括通信模块、视频解码模块、图像截取模块、图像处理模块和结果显示模块。
所述无人机1与所述地面控制器2通过无线信号通信。所述用于视频实时处理的移动设备3搭载所述图像处理软件，与所述地面控制器2通过移动设备接口连接。所述无人机可以采用深圳市大疆创新科技有限公司的“悟inspire”系列，但不限于此。所述移动设备3可以采用华为技术有限公司的HUAWEI Matebook X，但不限于此。
所述目标物4为船舶，其船艏，船艉及船体中部均有吃水线刻度。所述无人机1通过锂电池供电，所述飞行模块为四旋翼无人机飞行组件11，所述摄像模块包括云台13及安装在云台13上的相机12，所述地面控制器2可以控制云台13以调整相机12的拍摄角度。
所述地面控制器2通过无线通信方式接收来自无人机1的视频信号及飞行参数24，并向无人机发送控制信号25，通过移动设备接口23将视频信号24传输到所述用于视频实时处理的移动设备3。所述显示模块22为LED显示屏，用于显示当前无人机1的飞行信息。
所述图像处理软件通过移动设备接口23接收视频流，所述视频解码模块用于将视频流解析为图像帧，图像格式为YUV。所述图像截取模块以自定义的间隔截取图像帧用于计算结果。所述图像处理模块对图像进行处理，得到当前图像中的水尺刻度。所述结果显示模块用于显示实时视频以及水尺读数结果。
如图2所示，所述图像处理软件的处理过程包括以下步骤：
(1)软件接收来自地面控制器的视频流，通过视频解码模块将H.264格式的视频数据解析为YUV格式的图像数据。
(2)软件按照自定义的间隔对图像帧进行截取，用于后续图像处理。
(3)对截取到的图像帧进行图像预处理，包括图像去噪，高斯平滑，直方图均衡化，增强图像对比度。
(4)对预处理之后的图像进行自适应二值化处理，提取刻度的连通域。
(5)采用分类器对刻度进行识别，得到水尺倾斜角θ，数字间距d，数字竖直高度h等参数，使用水尺倾斜角θ对图形进行校正，使图中水尺竖直。
(6)定位水尺末端，识别水线位置，结合距离水线最近的整数部分读数N，水线到该整数刻度的竖直距离v以及步骤(5)中得到的参数，计算当前图像帧的水尺刻度读数r。计算方式为：
(7)将计算得到的结果r在结果显示模块中显示，在处理结束后，将所有的结果r进行前后帧关联筛选，剔除不合理的数据。然后求取平均值作为该时段内的水尺读数结果R。
本发明的工作过程如下：目标物4船舶进港后，使用地面控制器2操控无人机1对船体水尺部分进行符合要求的拍摄。无人机相机12所拍摄的视频信息24通过无线信号传输到地面控制器2，移动设备3通过移动设备接口23获得视频流信息。搭载在移动设备3上的图像处理软件对视频流信息进行解析、识别、计算，得到实时的船舶水尺读数结果。

Claims (5)

1.一种基于无人机的船舶水尺读数智能识别系统，用于读取目标物(4)上的水尺刻度，其特征在于：包括：
无人机(1)，用于采集目标物(4)上的水尺刻度；
地面控制器(2)，用于接收无人机(1)的飞行参数以及控制飞行状态，同时接收无人机(1)采集到的视频数据。
移动设备(3)，用于接收地面控制器(2)传输来的视频数据，并对视频信息进行视频解码、图像截取、图像处理和结果显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的船舶水尺读数智能识别系统，其特征在于：所述无人机(1)上具有第一供电模块、飞行模块、摄像模块和第一无线通信模块，所述第一供电模块采用锂电池，所述飞行模块采用四旋翼无人机飞行组件(11)，所述摄像模块包括云台(13)及安装在云台(13)上的相机(12)，所述地面控制器(2)控制云台(13)以调整相机(12)的拍摄角度。
3.根据权利要求2所述的一种基于无人机的船舶水尺读数智能识别系统，其特征在于：所述地面控制器(2)上具有第二供电模块、第二无线通信模块(21)、显示模块(22)和移动设备接口(23)，第二供电模块采用锂电池，第一无线通信模块和第二无线通信模块(21)通过无线通信方式进行通讯，所述显示模块(22)为LED显示屏，用于显示当前无人机(1)的飞行信息，通过移动设备接口(23)将视频信息(24)传输到移动设备(3)。
4.根据权利要求1所述的基于无人机的船舶水尺读数智能识别系统，其特征在于：所述目标物(4)为船舶，其船艏、船艉及船体中部均有吃水线刻度。
5.根据权利要求1所述的基于无人机的船舶水尺读数智能识别系统，其特征在于：所述对视频数据进行视频解码、图像截取、图像处理和结果显示，具体如下：
(1)将视频数据解析为YUV格式的图像数据；
(2)根据设定的间隔对图像帧进行截取；
(3)对截取到的图像帧进行图像预处理，包括图像去噪、高斯平滑、直方图均衡化和增强图像对比度；
(4)对预处理之后的图像进行自适应二值化处理，提取刻度的连通域；
(5)采用分类器对刻度进行识别，得到水尺倾斜角θ、数字间距d和数字竖直高度h，使用水尺倾斜角θ对图形进行校正，使图中水尺竖直；
(6)定位水尺末端，识别水线位置，结合距离水线最近的整数部分读数N，水线到该整数刻度的竖直距离v以及步骤(5)中得到的参数，计算当前图像帧的水尺刻度读数r，计算方式为：
(7)将计算得到的结果r进行显示，在处理结束后，将所有的结果r求取平均值作为该时段内的水尺读数结果R。
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