[发明专利]基于机器视觉的便携式船舶水尺自动检测和识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理技术，尤其涉及一种基于机器视觉的便携式船舶水尺自动检测和识别方法。

背景技术

船舶作为交通运输工具的一种，在运输业中发挥着重要的作用。船舶水尺计重是国内外广泛用于船舶运输大宗廉价散装货物计量重量的方法，同时是进出口商品重量鉴定的重要方法之一，也是国家出入境检验检疫部门和外轮代理公司的主要工作任务之一，船舶载重计算的基础是船舶吃水的测量。船舶吃水测量的精度决定了船舶载货量计算的准确性。同时计重结果可作为商业纠纷，例如商品的交接结算，处理索赔，港口使用费和通关计税等的依据。所以船舶水尺测量的准确性对保护托运人、发货人和收货人的利益都具有重要意义。水尺的测量在水尺计重、船舶检验检疫和安全营运方面都是重要的手段，是后续各种实际应用的前提条件，起到重要的作用。

但是，船舶吃水数据一直是靠人工观察船舶的水尺刻度来得到，甚至在现代的大型船舶上，仍保持着这种落后的人工观测水尺的方法。虽然目前已有一些新的科技手段可以获取到船舶水尺的图像或测量数据，但往往最终仍要靠人工来判定船舶的吃水值。因此，船舶水尺测量会受到一些主客观因素的限制，使之精度往往不高。例如，观测水尺时如果波浪较大，吃水线上下波动幅度增大，造成读数的不准确；船舶装载后如有一定的横倾，左右水尺就会不同，如果只读取靠近码头一侧的水尺而忽略了另一侧的水尺读数，会造成读数的偏差；视觉误差也会造成读数不准确，由于船舶靠泊后，测量人员读水尺时常站在码头边，只能用俯视或斜视观测低于岸平面的水尺，读水尺就造成了读数偏小；还有就是主观判断上的误差。此外，在锚泊及观测靠泊船外档吃水时，需放绳梯或乘坐交通艇，既麻烦又危险。因此，研究并应用新的高效准确的船舶水尺测量方法具有重要的现实意义。

针对船舶水尺的测量，目前国内外主要有以下方法：

1）吃水线人工观测法

该方法依靠经过长期训练的观察人员通过观测船舶的水尺标志而获得船舶的实际吃水，进行人工观测、人工记录和人工比对，最后将观测结果进行比对、综合、平均获得最终数值。但通过人眼目测船舶吃水线的大小，具有较多的缺点：观测点范围小且少，不能对数据运用统计学原理进行处理；观测的数据由于没有详细记录，导致无法事后进行查验校对，可能出现隐藏的重大错误；受人员能力和状态的影响较大，测量时间长，成本高昂；受天气环境影响较大；观测时需在船上进行，无法适用于航道管理部门的对其快速离船检测的要求。

2）超声波水尺法

超声波水尺和载重测量就是依据超声波测距原理，以船体舷边甲板为基准测量船舶吃水。该装置将超声波传感器经测量支架悬挂于船体舷边，传感器可相对支架沿船舷上、下移动且固定于一定高度，目的是保持其与水面有一合适距离，从而减小到达水面处波束的面积，提高测距精度。该仪器通过测量超声波回波返回的时间，根据当时当地声速，测得船体主甲板至水面的距离等参数，计算出吃水值，并搜索船舶载重量数据文件，得到船舶载重量。超声波测量的精度受诸多因素的影响，但声速的误差直接影响测量的精度，而声速又与介质密度有关，在空气中空气密度受温度影响较大。目前，该方法只能安装在船上进行检测，也无法适用于航道管理部门的对其快速离船检测的要求。

3）压力传感法

水深的变化可以通过水压的变化反映出来，利用这一特性，在船舶空载吃水线的位置上安装压力传感器，当船舶载货后吃水变深，根据压力传感器获得的数值，经过换算后，即可得出船舶的吃水深度。通过压力传感器测量船舶吃水深度需要将压力传感器直接安装在船体外侧。由于长时间暴露于恶劣的工作环境中，半导体硅片持续受压致变形，使仪表零位与变比关系发生漂移，时间越久，漂移情况越显著。该方法所采用的传感器也只能安装在船上进行检测，也无法适用于航道管理部门的对其快速离船检测的要求。

4）激光测距法

激光测距时水位计的测量原理类似于超声波测量，采用激光测距雷达的方法测量甲板到水面的距离获得船舶吃水量的信息。由于激光的方向好，安装使用更为方便，但易受水面漂浮物的影响。该方法所采用的激光测距传感器也只能安装在船上进行检测，也无法适用于航道管理部门的对其快速离船检测的要求。

5）基于图像处理水尺标志识别法