[发明专利]基于单目视觉激光三角法的波浪高度测量方法

权利要求书

1.基于单目视觉激光三角法的波浪高度测量方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤1、使激光光源垂直照射水面，拍摄无波浪时含激光光线的水面照片；

步骤2、对水面照片进行图像预处理获得激光光线的边缘和轮廓，利用霍夫变换直线检测法提取图像中激光光线的直线特征并求解激光光线与水面交点的像点坐标，此时的波浪高度为0，将结果存入标定数据库；

步骤3、拍摄起波浪时含激光光线的水面照片，并对起波浪时的水面照片进行步骤2得到激光光线与水面交点的像点坐标，根据直射式激光三角法获得波浪高度，并将结果存入标定数据库；

步骤4、重复步骤3多次，将不同像点坐标及其对应的波浪高度值存入标定数据库，通过最小二乘曲线拟合法，绘制出像点坐标与波浪高度关系的曲线图，完成标定过程；

步骤5、开始测量，拍摄起波浪时含激光光线的水面照片，重复步骤2得出相应的激光光线与水面交点的像点坐标，与标定的像点坐标与波浪高度关系曲线比对，直接获取此时的波浪高度。

2.根据权利要求1所述的基于单目视觉激光三角法的波浪高度测量方法，其特征在于，步骤2对水面照片进行图像预处理获得激光光线的边缘和轮廓的具体方法为：

步骤2.1、对图像进行灰度变换和二值化；

步骤2.2、对激光光线的图像采取自适应中值滤波；

步骤2.3、采用最大类间方差法获得激光光线的边缘和轮廓。

3.根据权利要求1所述的基于单目视觉激光三角法的波浪高度测量方法，其特征在于，步骤3根据直射式激光三角法获得波浪高度的具体公式为：

当有波浪时激光照射到水面上的E点位于无波浪时的C点之上时：

当有波浪时激光照射到水面上的E点位于无波浪时的C点之下时：

式中，CE为波浪高度，BC为基准面上点C的物距，BD为基准面上点C的像距，α为CCD摄像机接收面与成像透镜光轴之间的夹角，CCD摄像机接收面上的波浪高度，β为成像透镜与入射光束之间的夹角。

4.根据权利要求1所述的基于单目视觉激光三角法的波浪高度测量方法，其特征在于，步骤4通过最小二乘曲线拟合法，绘制出像点坐标与波浪高度关系的曲线图的具体步骤为：

利用最小二乘曲线拟合方法，求近似曲线y＝φ(x)使得近似曲线与y＝f(x)的偏差平方和最小，即：

设拟合曲线为：

y＝α₀+α₁x+…+a_kx^k

各点到拟合曲线的距离之和，即偏差平方和如下：

对上式求偏导可得：

化简：

……

表示为矩阵形式为：

求解方程组，可得系数a₀,a₁,…,a_k，从而得到最小二乘拟合曲线。