CN113296546B

CN113296546B - 一种轮船联动跟踪定位误差的补偿方法

Info

Publication number: CN113296546B
Application number: CN202110436073.5A
Authority: CN
Inventors: 傅超二; 李�学; 徐志豪; 程士军; 田少华; 黎勇跃; 陈如申
Original assignee: Hangzhou Sheng Guan Technology Co ltd
Current assignee: Hangzhou Sheng Guan Technology Co ltd
Priority date: 2021-04-22
Filing date: 2021-04-22
Publication date: 2023-01-06
Anticipated expiration: 2041-04-22
Also published as: CN113296546A

Abstract

本发明提供一种轮船联动跟踪定位误差的补偿方法，主要是透过控制中心在接收轮船传来的定位信息后，根据定位信息控制云台转向，使云台上的固定摄像单元及追踪摄像单元朝向轮船，接着固定摄像单元对轮船进行拍摄后，将摄影数据中属于轮船影像的前景影像进行分离，分离后计算出第一前景影像质心坐标，再将第一前景影像质心坐标投影至追踪摄像单元得到第二前景影像质心坐标，接着控制追踪摄像单元的画面中央对准第二前景影像质心坐标。

Description

一种轮船联动跟踪定位误差的补偿方法

技术领域

本发明涉及轮船联动跟踪技术领域，具体而言，涉及一种轮船联动跟踪定位误差的补偿方法。

背景技术

一般对海上轮船以摄像单元进行联动跟踪时，主要透过建置于岸边的云台及控制中心，当控制中心收到来自海上轮船的定位坐标时，再利用所述定位坐标控制所述云台转动，使得所述云台上的摄像单元朝向所述轮船进行联动跟踪。

但是，由于所述定位坐标难免会有误差，或者云台建置时与水平面之间因歪斜所产生的偏差，造成所述摄像单元在联动跟踪轮船时，轮船的影像并非位于摄像画面的正中央，不是发生左右偏差、就是发生上下偏差，造成整体联动跟踪效果不佳，因此，本发明认为此种问题应该进行改善。

发明内容

本发明解决的问题是：摄像单元在联动跟踪轮船时，轮船的影像并非位于摄像画面的正中央。

为解决上述问题，本发明提供一种轮船联动跟踪定位误差的补偿方法，其特征在于，包括：

控制中心在接收到来自轮船的定位信息后，根据所述定位信息内所显示的坐标，控制位于岸边的云台转动，使得所述云台上的固定摄像单元及追踪摄像单元朝向所述轮船。由于定位信息难免会有误差，再加上云台误差、摄像单元的误差等等，使得追踪过程中无法使轮船位于画面正中央，所以接下来进行误差补正的流程。

首先，透过所述固定摄像单元对所述轮船进行摄影得到一摄影数据，并将所述摄影数据传送至一图像处理单元。所述图像处理单元在接收到所述摄影数据后进行分析，由于所述轮船在海上行驶相较于海面是处于行进状态，也因此，所述图像处理单元将所述轮船的影像与所述海面的影像进行分离，而得到一前景影像及一后景影像，前景影像指的是所述轮船的影像，而所述后景影像则是所述海面的影像。在取得所述前景影像后，接着分析所述前景影像的质心坐标，而得到一第一前景影像质心坐标(x_c,y_c)。

接下来，所述图像处理单元将所述第一前景影像质心坐标投影至所述追踪摄像单元成为一第二前景影像质心坐标(x'_c,y'_c)，当所述追踪影像单元产生追踪误差时，则所述第二前景影像质心坐标并非位于画面正中央，这时当x'_c的值未满足所述第二影像数据宽度的一半时，则控制所述云台做水平向移动，直到x'_c的值满足所述第二影像数据宽度w的一半；当y'_c的值未满足所述第二影像数据高度h的一半时，则控制所述云台做垂直向移动，直到y'_c的值满足所述第二影像数据宽度的一半。

本发明优点在于透过所述固定摄像单元取得所述摄影数据并进行降低分辨率处理，使得所述影像数据中的前景影像及后景影像得以快速进行分离，以取得轮船影像做为所述前景影像。接着再判断所述第二前景影像质心坐标与所述追踪摄像单元影像中央的差距，控制所述云台转动，使得所述追踪摄像单元所呈现出来的影像，所述轮船的影像会位居正中央，以寻求较佳的追踪效果。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为像素辨识结果表；

图3为航行位置预估误差图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

请看图1所示，本发明是一种轮船联动跟踪定位误差的补偿方法，其特征在于，包括：

首先，云台建置于岸边时，可能因为地基或者云台与地面之间产生歪斜，造成后续在进行船舶追踪时容易产生偏差，因此需要进行误差的校正或补偿。其方式是先旋转云台，将所述第一摄影单元的放大倍率调至最大，观察视频找出偏移的最大点，接着根据所数最大点的上下偏移量估计一偏移角度，然后根据所述偏移角度调整所述云台各角度的误差。调整的方法有二，一种是直接调整云台与地面接触的角度，另一种是将偏差储存于控制中心内，当控制中心在收到轮船所发送的定位信息后，将所述定位信息所显示的定位坐标进行偏移角度的补偿后，再根据补偿后的结果控制云台进行转动，使得云台上的固定摄像单元及追踪摄像单元朝向所述轮船。

接着，所述固定摄像单元对所述轮船进行摄影得到一摄影数据，并将所述摄影数据传送至一图像处理单元，所述图像处理单元在接收到所述摄影数据后，会将所述摄影数据中前景影像与背景部分进行分离，以供所述追踪摄像单元仅针对所述前景影像进行追踪。为使分离更加快速，首先所述图像处理单元会调低所述摄影数据的分辨率，如此一来，会使得每个像素中可能是属于前景的像素，也可能是属于后景的像素，这时透过公式以初步判断所述摄影数据中每个像素是属于前景或后景，判断方式是：分析所述摄影数据中前后二影像的各像素变化量I，当像素变化量满足

时，则可初步判断所述像素属于前景像素，其余则初步认定为后景像素。其中，

是像素变化量在x_b的时间上高斯分布的平均值、σ是像素变化量在x_b的时间上高斯分布的标准偏差、λ为常数、L为有效值。

在分析完每个像素后，为避免仍旧可能分析过程中出现误判，将属于前景影像判断为后景影像，又或者把后景影像判断为前景影像，所以会用另一种方式再进行判断，其方式是判断所述像素是否满足公式：

若是，则所述像素属于前景像素，反之则为后景像素，其中u＝[I_T,I_S]^T、I_T为像素在时间轴上的像素值、I_S为像素在空间中相邻像素的像素值、m_u为u的平均值向量、C_u为u的共变异矩阵。

当所述像素根据前述二种方式均判断为前景影像时，则所述像素确定为前景影像，否则归类为后景影像。如此一来，可有效分离出所述影像数据中属于轮船影像的部分作为前景影像，及属于海面影像的部份作为后景影像。请再配合参阅图2所示可知，透过上述方法每个像素被判断错误或为判断的机率约在10％上下。

再来，由于上述将前景影像与后景影像的分离过程相当复杂，为了简化过程以提升整体追踪效率，因此须对轮船下一步航行位置进行预测，其预测方式主要是根据公式：

以描述轮船的运动方向、及公式：z_lk＝l_k+v_lk以对轮船运动位置进行量测，以算出所述前景影像在下一时间点的位置坐标，其中l为所述前景影像目前所在位置、

为k时间时所述前景影像的速度、w_k为在Δt的时间内所述前景影像的加速度、z_lk为k时间的测量值、v_lk为量测时的噪声，l_k为k时间的系统状态。请再配合图3所示，图3横坐标为帧数、纵坐标为估测位置，实线为预测位置，虚线为实际位置，由图可知透过上述方法可有效预测轮船下一时间点的位置。

在得到所述前景影像后，根据所述前景影像计算出其质心坐标，而得到一第一前景影像质心坐标(x_c,y_c)，接下来所述图像处理单元会将所述第一前景影像质心坐标由所述固定摄像单元投影至所述追踪摄像单元，以供所述追踪摄像单元进行追踪。因此，所述第一前景影像质心坐标投影至所述追踪摄像单元成为一第二前景影像质心坐标(x'_c,y'_c)，接着判断所述第二前景影像质心坐标是否位于所述追踪摄像单元的画面正中央，其判断方式是当x'_c的值未满足影像宽度的一半时，则控制所述追踪摄像单元做水平向移动，直到x'_c的值满足所述影像宽度w的一半；当y'_c的值未满足影像高度h的一半时，则控制所述追踪摄像单元做垂直向移动，直到y'_c的值满足所述影像高度的一半。

如此一来，透过本发明在对轮船进行联动跟踪时，可使轮船影像保持位于画面正中央，不易产生上下偏差或者左右偏差，以提升整体的联动追踪效果。

此外，为避免联动追踪过程中，轮船影像过小而难以看清，因此本发明更提供一种自动化改变轮船影像大小的方法，其方法是在调整完所述第二前景影像质心坐标后，将所述前景影像放大第一倍率，使放大后的所述前景影像的面积大于或等于一预设面积，得到所述前景影像的四个角坐标，再将所述四个角坐标进行投影至所述追踪摄像单元成为四个投影角坐标(x'_min,y'_min)、(x'_min,y'_max)、(x'_max,y'_min)、(x'_max,y'_max)，其中x'_min为X轴坐标的最小值，x'_max为X轴坐标的最大值，y'_min为Y轴坐标的最小值，y'_max为Y轴坐标的最大值，当x'_max>w、x'_min<0、y'_min<0、或y'_max>h时，则重新执行步骤(D)，并将所述第一倍率改成一第二倍率，反之则停止；其中所述第二倍率小于所述第一倍率。如此一来，不仅可以让轮船的影像具有一定的大小，同时也不让轮船的高度或者宽度超过所述追踪摄像单元的影像画面之外。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种轮船联动跟踪定位误差的补偿方法，其特征在于，包括：

(A)一控制中心接收一轮船的定位信息，根据所述定位信息控制一云台动作，使所述云台上的固定摄像单元及追踪摄像单元朝向所述轮船；

(B)所述固定摄像单元对所述轮船进行摄影得到一摄影数据，并将所述摄影数据传送至一图像处理单元；

(C)所述图像处理单元将所述摄影数据进行分析，得到一前景影像及一后景影像，再根据所述前景影像计算出一第一前景影像质心坐标(x_c,y_c)；

(D)所述图像处理单元将所述第一前景影像质心坐标投影至所述追踪摄像单元成为一第二前景影像质心坐标(x'_c,y'_c)，当x'_c的值未满足影像宽度w的一半时，则控制所述云台做水平向移动，直到x'_c的值满足所述影像宽度的一半；当y'_c的值未满足影像高度h的一半时，则控制所述云台做垂直向移动，直到y'_c的值满足所述影像高度的一半；

步骤(C)中：所述图像处理单元降低所述摄影数据的分辨率，然后分析所述摄影数据中前后二影像的各像素变化量I，然后当像素的变化量同时满足公式：

及公式：

则所述像素属于前景像素，反之则为后景像素，其中

是像素变化量在x_b的时间上高斯分布的平均值、σ是像素变化量在x_b的时间上高斯分布的标准偏差、λ为常数、L为有效值、u＝[I_T,I_S]^T、I_T为像素在时间轴上的像素值、I_S为像素在空间中相邻像素的像素值、m_u为u的平均值向量、C_u为u的共变异矩阵；当分析完前后二影像的全部像素后，属于前景像素的像素共同形成所述前景影像。

2.根据权利要求1所述的一种轮船联动跟踪定位误差的补偿方法，其特征在于，步骤(D)中：将所述前景影像放大第一倍率，使放大后的所述前景影像的面积大于或等于一预设面积，得到所述前景影像的四个角坐标，再将所述四个角坐标进行投影至所述追踪摄像单元成为四个投影角坐标(x'_min,y'_min)、(x'_min,y'_max)、(x'_max,y'_min)、(x'_max,y'_max)，其中x'_min为X轴坐标的最小值，x'_max为X轴坐标的最大值，y'_min为Y轴坐标的最小值，y'_max为Y轴坐标的最大值，当x'_max>w、x'_min<0、y'_min<0、或y'_max>h时，则重新执行步骤(D)，并将所述第一倍率改成一第二倍率，反之则停止；其中所述第二倍率小于所述第一倍率。

3.根据权利要求2所述的一种轮船联动跟踪定位误差的补偿方法，其特征在于，步骤(C)中：将所述前景影像根据公式：

及公式：z_lk＝l_k+v_lk，以算出所述前景影像在下一时间点的位置坐标，其中

为所述前景影像目前所在位置、

为k时间时所述前景影像的速度、w_k为在Δt的时间内所述前景影像的加速度、z_lk为k时间的测量值、v_lk为量测时的噪声，l_k为k时间的系统状态。

4.根据权利要求3所述的一种轮船联动跟踪定位误差的补偿方法，其特征在于，于步骤(A)之前更设一步骤(E)至步骤(F)：其中步骤(E)：旋转云台，将第一摄影单元的放大倍率调至最大，观察视频找出偏移的最大点；步骤(F)：根据所述最大点的上下量，估计一偏移角度；根据所述偏移角度调整所述云台各角度的误差。