一種船載紅外視頻圖像中的海上目標與電子海圖的疊加方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及船舶導航、海上目標探測和航海儀器集成等多個領域，具體地說是涉 及一種船載紅外視頻圖像中的海上目標與電子海圖的疊加方法及系統。
【背景技術】
[0002] 隨著航海技術的不斷發展，越來越多的導航儀器被應用于船舶導航領域。日益成 熟的航海儀器在為航海人員提供豐富導航信息的同時，其頻繁的操作和導航信息處理也 增加了他們的工作負擔。因此，將來自多種航海儀器的信息進行綜合處理，向航海人員提 供一個集成的信息環境，使其能迅速地做出操船決策，提高航行的安全性，已經成為了當 今海運界普遍關注的課題。目前，某些先進的航運技術開發公司已經將電子海圖與羅經、 GPS、雷達、AIS、測深儀等航海儀器連接起來，構成了所謂的綜合船橋系統（IBS: Integrated Bridge System)，實現了船舶的綜合導航。
[0003] 在船舶的導航過程中，對船舶所航海域內海上目標的探測是一個重要的問題。船 上常見的目標探測儀器有AIS和雷達兩種，前者能夠精確的獲取目標的位置、航向、航速等 信息，但前提條件是目標同時也配備了 AIS ;后者能夠獲取目標相對于本船的距離和方位， 但對于弱小或非金屬材質的目標探測能力較差，特別是在惡劣海況條件下目標回波容易淹 沒在海浪雜波之中，且探測到的目標僅以"亮斑"的形式呈現，無法獲取目標的細節信息。
【發明內容】
[0004] 鑒于已有技術存在的缺陷，本發明的目的是要提供一種船載紅外視頻圖像中的海 上目標與電子海圖的疊加方法及系統，本發明利用紅外熱成像儀對海上弱小及非金屬材質 目標的良好探測能力，將船載移動紅外視頻圖像中的海上目標與電子海圖疊加顯示，增強 了航海人員對所航海域內目標的探測和行為識別能力，有效提高了船舶航行的安全性。
[0005] 為了實現上述目的，本發明所采用技術方案為：
[0006] 一種船載紅外視頻圖像中的海上目標與電子海圖的疊加方法，其特征在于：
[0007] 紅外視頻圖像中的海上目標與電子海圖的疊加過程包括：
[0008] 步驟1、采集并讀取船載紅外視頻圖像，并初始化船載紅外視頻緩沖區；
[0009] 步驟2、分割出上述船載紅外視頻圖像中的海上目標后；對所述海上目標進行定 位，獲取所述海上目標相對于本船的位置；
[0010] 步驟3、根據本船的船位、本船實時航向、紅外熱成像儀的朝向以及步驟2的結果 計算所述海上目標對應的地理坐標；
[0011] 步驟4、利用對應的AIS數據對所述海上目標對應的目標位置進行校正；
[0012] 步驟5、將經校正后的海上目標以透明化的方式疊加到電子海圖中進行顯示。
[0013] 進一步的，所述步驟1中的船載紅外視頻圖像的采集是通過分別設置主輔兩臺紅 外熱成像儀實現的，所述兩臺紅外熱成像儀同時對船舶所航海域的視頻圖像進行采集操 作，其中主紅外熱成像儀采集到的船載紅外視頻圖像用于與電子海圖進行疊加；輔紅外熱 成像儀采集到的船載紅外視頻圖像用于輔助完成所述海上目標的定位操作。
[0014] 進一步的，所述步驟2中分割出上述船載紅外視頻圖像中的海上目標是指分別對 所述兩臺紅外熱成像儀采集到船載紅外視頻圖像中的海上目標進行分割；所述對所述海上 目標進行定位，獲取所述海上目標相對于本船的位置的方法是指結合兩臺紅外熱成像儀采 集到船載紅外視頻圖像分割出的海上目標后，利用雙目視覺定位方法獲取所述海上目標相 對于本船的距離和方位。
[0015] 進一步的，所述步驟3中計算所述海上目標對應的地理坐標的方法是指利用GPS 獲取本船實時位置即本船的船位，利用羅經獲取本船實時航向，并根據紅外熱成像儀安裝 的朝向以及步驟2中獲取所述海上目標相對于本船的位置，計算出所述海上目標的地理坐 標，為了描述方便我們稱之為海上目標的雙目定位地理坐標。
[0016] 進一步的，所述步驟4中利用AIS數據對所述海上目標的位置進行校正的方法包 括：
[0017] 41 :獲取AIS系統中的所有海上目標并記錄所述海上目標對應的地理坐標；
[0018] 42 :對于步驟3中獲得的所述每一個海上目標的雙目定位地理坐標，均計算它與 AIS系統中的所有海上目標地理坐標之間的距離，并求取最小距離；
[0019] 43 :若當前步驟3中獲得的雙目定位地理坐標與AIS系統中某一海上目標地理坐 標之間的距離最小，且小于閾值，則判定為上述兩個海上目標為同一海上目標，將 該海上目標地理坐標替代步驟3中獲得的所述海上目標的雙目定位地理坐標。
[0020] 進一步的，所述步驟5中若電子海圖當前顯示比例尺和顯示區域中心位置發生變 化，則根據步驟4中所述海上目標的地理坐標重新繪制紅外視頻圖像中的海上目標。
[0021] 一種船載紅外視頻圖像中的海上目標與電子海圖的疊加系統，其特征在于：
[0022] 包括紅外熱成像儀、視頻采集卡、GPS、羅經、AIS系統以及海上目標疊加單元；
[0023] 所述紅外熱成像儀用于采集船載紅外視頻圖像；
[0024] 所述視頻采集卡用于讀取船載紅外視頻圖像并發送至所述電子海圖顯示與信息 系統；
[0025] 所述GPS用于獲取本船實時位置；
[0026] 所述羅經用于獲取本船實時航向；
[0027] 所述海上目標疊加單元包括：海上目標分割模塊，用于對于船載紅外視頻圖像中 的海上目標進行分割；目標位置定位模塊，用于對上述分割出的海上目標進行定位，獲取所 述海上目標相對于本船的位置；地理坐標計算模塊，用于計算所述海上目標對應的地理坐 標；目標位置校正模塊，用于利用AIS數據對所述海上目標對應的位置進行校正；以及顯示 模塊，用于將位置經校正后的海上目標以透明化的方式疊加到電子海圖中進行顯示。
[0028] 進一步的，所述紅外熱成像儀包括主、輔兩臺紅外熱成像儀，其中主紅外熱成像儀 采集到的船載紅外視頻圖像用于與電子海圖進行疊加；輔紅外熱成像儀采集到的船載紅外 視頻圖像用于輔助完成所述海上目標的定位操作。
[0029] 進一步的，所述海上目標分割模塊用于分別對所述兩臺紅外熱成像儀采集到船載 紅外視頻圖像中的海上目標進行分割，便于所述目標位置定位模塊結合兩臺紅外熱成像儀 采集到船載紅外視頻圖像分割出的海上目標，并利用雙目視覺定位方法獲取所述海上目標 相對于本船的位置。
[0030] 進一步的，所述地理坐標計算模塊用于利用GPS獲取的本船實時位置，羅經的獲 取本船實時航向，紅外熱成像儀朝向以及所述目標位置定位模塊獲取所述海上目標相對于 本船的位置，計算出所述海上目標對應的地理坐標，記為海上目標的雙目定位地理坐標。
[0031] 進一步的，所述目標位置校正模塊包括：
[0032] AIS獲取子模塊：用于獲取AIS系統中的所有海上目標并記錄所述海上目標對應 的地理坐標；
[0033] 距離計算子模塊：用于計算所述地理坐標計算模塊中獲得的所述海上目標對應的 地理坐標與AIS獲取子模塊獲取的AIS系統中的所有海上目標地理坐標之間的距離；
[0034] 校正子模塊：用于在距離計算子模塊進行計算過程中發現計算所述地理坐標計 算模塊中獲得的地理坐標與AIS系統中的所有海上目標地理坐標中的海上目標地理坐標 之間的最小距離，且當該最小距離小于閾值時，判定上述兩個海上目標為同一海 上目標，并將該海上目標地理坐標替代所述地理坐標計算模塊中獲得的所述海上 目標對應的地理坐標。
[0035] 與現有技術相比，本發明的有益效果：
[0036] (1)能夠探測到沒有配備AIS的海上目標，如小漁船、海盜船艇以及其他海上漂浮 物；
[0037] (2)能夠獲取目標的細節信息，如目標的大小、目標的形狀，如果目標為船舶，還能 根據目標的形狀確定其朝向；
[0038] (3)將紅外視頻圖像中的海上目標與電子海圖進行疊加，能夠從紅外視頻圖像分 析目標的行為特征，并結合海圖要素信息分析航行態勢，輔助航海人員進行航行決策，極大 地提高了船舶航行的安全性。
【附圖說明】
[0039] 圖1為本發明所述疊加系統的結構框圖；
[0040]圖2為本發明所述疊加方法具體實施例的流程圖；
[0041] 圖3為本發明所述系統硬件設備的布置圖；
[0042] 圖4為本發明所示疊加系統的功能框圖。
[0043] 圖中：1、1號紅外熱成像儀，2、2號紅外熱成像儀，3、GPS天線，4、船首向，5、雙目定 位基點，6、紅外熱成像儀朝向。
【具體實施方式】
[0044] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發明進 行進一步詳細說明。
[0045] 紅外熱成像儀不僅對非金屬材質的目標具有良好的探測能力，而且能夠獲得更多 的目標細節信息，如目標的形狀、大小等。另外，電子海圖作為船舶導航系統的核心，對航行 安全至關重要，它不僅能夠直觀地顯示安全水域和危險水域，而且還是IBS核心設備的基 礎顯示平臺。因此，將各獨立的航海儀器與電子海圖進行集成，不僅是航海人員的主觀愿 望，而且是船舶導航技術發展的一種客觀趨勢。為滿足海上目標探測和集成顯示的要求，本 發明將船載紅外視頻圖像中的海上目標與電子海圖進行疊加，這不僅能夠實現對弱小及非 金屬材質的海上目標進行探測，獲取目標的細節信息，而且能夠通過電子海圖將其直觀的 展現出來，極大限度地保障了船舶的安全航行。
[0046] 基于上述目的，本發明設計了一種船載紅外視頻圖像中的海上目標與電子海圖的 疊加方法，主要步驟包括：采集船載紅外視頻圖像并將船