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基于视频分析的海上航行船舶号灯识别方法
| 论文题名： | 基于视频分析的海上航行船舶号灯识别方法 |
| 关键词： | 智能船舶;夜间航行;安全保障;号灯识别;视频分析 |
| 摘要： | 航行态势感知是智能船舶在海上实现自主航行的前提。在智能船舶态势感知技术的研究中，激光雷达、红外热成像仪、船载可见光摄像机等传感器已经被广泛使用，但对夜航状态下船舶号灯的识别研究相对较少。船舶显示的灯光信号作为船舶夜航时态势感知系统中非常重要的避碰信息，其不仅表明了船舶的存在，并在一定程度上反映了船舶的种类、尺度、动态或作业方式以及两船所构成的会遇态势。因此，如何利用船载可见光摄像机等传感器替代驾引人员的视觉瞭望，获取他船的号灯信息，再通过计算机视觉算法实现船舶号灯的准确识别，是智能船舶夜间航行态势感知中亟待解决的问题。 本文提出了基于视频分析的海上航行船舶号灯识别方法。为了获取真实海况下的船舶号灯数据，本文在“渤海钻珠”客滚船的驾驶台外舷甲板布设高清可见光摄像机，以视频方式在渤海湾海域完成了多航次的海上在航机动船号灯数据采集工作。结合海上实际环境和船舶号灯的自身特性，开展了在航机动船号灯检测与识别算法的研究，并进行了实验验证。 在号灯检测阶段，首先通过顶帽变换和伽马变换两种算法对晨昏蒙影和夜间两个不同的场景进行号灯图像的预处理，然后以船舶号灯在图像中的较高的灰度值作为特征，以固定阈值方法进行阈值分割，并运用形态学处理算法和基本几何特征滤波算法滤除海面的灯光倒影干扰及航行中的其它噪声干扰，从而得到在航机动船号灯候选区域。在号灯识别阶段，将检测出的在航机动船号灯候选区域与基于HSV颜色空间的号灯色彩分割区域进行匹配，通过对两个区域的中心坐标和面积进行统计，计算其相似度，从而实现在航机动船号灯的识别。同时，采用Camshift算法对识别出的舷灯区域进行跟踪，以此确定下一帧图像中舷灯的大概位置，提高算法运行的速度。最后，根据《国际海上避碰规则》对海上航行船舶在互见中的三种会遇局面的定义，提出了一种基于号灯识别的船舶会遇态势辅助判断方法。 基于视频分析的海上航行船舶号灯的检测、识别与跟踪，能够辅助智能船舶对当前会遇局面的判断，为后续的智能避碰决策提供重要支撑。对于保障智能船舶夜航安全，完善智能船舶态势感知系统，促进未来无人船舶与传统有人船舶的信息交互都具有重要意义。 |
| 作者： | 胡鑫 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 张英俊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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