海面测量系统、海面测量方法以及存储介质技术方案

本发明专利技术提供一种海面测量系统、海面测量方法以及存储介质，应用了图像测量技术，对海啸等海面异常进行测量。包括：摄影单元，其通过设置于不同地点处的多个摄像机来同时拍摄包括同一海面区域的图像；波浪提取单元，其从通过多个摄像机同时拍摄到的各个图像中提取波浪；波浪对应单元，其针对由波浪提取单元提取出的各波浪，从通过多个摄像机同时拍摄到的各个图像中找出相同的波浪并进行对应；三维信息计算单元，其通过对由波浪对应单元对应起来的图像中的各波浪进行三维分析，来计算海面的高度和波浪的高度；以及海面异常有无判定单元，其基于由三维信息计算单元计算出的海面的高度和波浪的高度，来判定是否发生海面异常。来判定是否发生海面异常。来判定是否发生海面异常。

【技术实现步骤摘要】
海面测量系统、海面测量方法以及存储介质
[0001]本申请是申请日为2020年01月10日、申请号为202010027415.3、专利技术名称为“海面测量系统、海面测量方法以及存储介质”的中国专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及一种基于通过多个摄像机拍摄到的图像来测量海啸、巨浪、满潮、急潮等海面异常的海面测量系统、海面测量方法以及海面测量程序。

技术介绍

[0003]现有的海啸的测量(观测)方法能够大致分类为已到达陆地的海啸的观测方法和到达陆地前的海啸的观测方法两种。
[0004](1)已到达陆地的海啸的观测方法
[0005]在已到达陆地的海啸的高度的观测中，除了使用气象局在各地设置的验潮站以外，还使用海啸观测仪、巨大海啸观测仪等海啸观测设备。气象局使用验潮站、海啸观测仪始终观测潮位，将观测到的数据作为潮汐观测资料(速报值)和潮汐观测资料来公开。但是，这些观测系统均被设置在海岸处，因此虽然能够观测已到达陆地的海啸，但是无法观测到达前的远方(几十公里(km)至超过50公里(km))的海啸，从而无法估计到达时刻。
[0006](2)到达陆地前的海啸的观测方法
[0007]在到达陆地前的海啸的观测中，使用海底地震及海啸观测网、GPS波浪计以及最近提出的海啸雷达。
[0008]海底地震及海啸观测网是作为日本海沟海底地震海啸观测网配备业务而由国立研究开发法人防灾科学技术研究所推进并配备的大规模的实时地震及海啸观测网络。在海底地震及海啸观测网中，通过海底光缆连接将地震仪与海啸计形成为一体而得到的观测装置，将该观测装置设置于日本东部的太平洋海底，来实时地且24小时连续地获取观测数据。截至2018年1月，在日本全国沿海的150处设置了观测装置，线缆总长约为5，700km。期待海底地震及海啸观测网直接探测海沟型地震、紧接其后的海啸，并通过迅速且高精度的信息传达来对灾害的减轻、避难行动等防灾对策做出贡献。
[0009]但是，海底系统、陆地基站的设置需要庞大的工程，且需要自治机构、渔业相关者同意。另外，设备设施的维持、管理也需要巨大的费用。因此，存在难以在全国的海域普及的一面。
[0010]GPS波浪计系统是使用GPS卫星测量漂浮于近海域的浮标(GPS波浪计)的上下变动来直接观测波浪、潮汐等海面变动的海洋观测设备。截至2017年1月，在日本近海域设置有18台GPS波浪计。
[0011]GPS波浪计设置在港湾设备中以获得所需要的近海域的波浪信息，但是由于还能够观测在地震发生时由海啸引起的海面的上下波动，因此非常期待还被有效利用于海啸预防措施。GPS波浪计通常被设置于近海域20km前后的地方，因此能够观测几十公里处的海啸并估计到达时刻。
[0012]但是，GPS波浪计是昂贵的设备，在2005年设置之初，一台超过3亿日元，现在也是以亿为单位。另外，GPS波浪计只能设置在特定的地点，难以进行广范围的观测。
[0013]海啸雷达是使用雷达测量技术测量远方的海面来监视海啸的发生的系统。在这些方法中，从通过雷达观测到的海面的流速中提取海啸成分，来估计海啸的波浪高度和到达时刻。
[0014]但是，在这些方法中，难以从海面的流速中提取海啸成分，特别是难以提前测量长周期的海啸。
[0015]现有技术文献
[0016]专利文献
[0017]专利文献1：日本特开2013
‑
40898号公报
[0018]专利文献2：日本特开2018
‑
4529号公报
[0019]专利文献3：日本特开2014
‑
160044号公报
[0020]专利文献4：日本特开2004
‑
191268号公报
[0021]专利文献5：日本特开2017
‑
150917号公报
[0022]专利文献6：日本特开2016
‑
85206号公报

技术实现思路

[0023]专利技术要解决的问题
[0024]另外，从30年前开始研究图像测量技术，随着数字摄像机技术及计算机制造技术等硬件技术的进步、算法及人工智能等软件技术的发展，近年来图像测量技术的实用化正在发展。当前，图像测量技术被实际使用于印刷品质的管理、产品的品质管理、珠宝及艺术品的鉴定等品质管理领域。另外，还被广泛地实际使用于脸部识别、物体识别的领域。
[0025]本专利技术的目的在于提供一种应用了图像测量技术的对海啸等海面异常进行测量的海面测量系统、海面测量方法以及海面测量程序。
[0026]用于解决问题的方案
[0027]本专利技术的海面测量系统包括：摄影单元，其通过设置于不同地点处的多个摄像机同时拍摄包括同一海面区域的图像；波浪提取单元，其从通过多个摄像机同时拍摄到的各个图像中提取波浪；波浪对应单元，其针对由波浪提取单元提取出的各波浪，从通过多个摄像机同时拍摄到的各个图像中找出相同的波浪并进行对应；三维信息计算单元，其通过对由波浪对应单元对应起来的图像中的各波浪进行三维分析，来计算海面的高度和波浪的高度；以及海面异常有无判定单元，其基于由三维信息计算单元计算出的海面的高度和波浪的高度，来判定是否发生海面异常，其中，所述波浪提取单元将由所述多个摄像机拍摄到的图像分割为几个邻接的长方形或正方形的小区域，针对包括小区域的左上角、右上角、左下角、右下角这四个角的局部区域，求出用于将图像进行二值化的阈值，基于关注点所存在的小区域的左上角、右上角、左下角、右下角这四个角的小区域阈值，乘以取决于到四个角的绝对距离的权重系数，来求出用于将关注点进行二值化的阈值。
[0028]另外，本专利技术的海面测量系统包括：摄影单元，其通过设置于不同地点处的多个摄像机同时拍摄包括同一海面区域的图像；波浪提取单元，其从通过多个摄像机同时拍摄到的各个图像中提取波浪；波浪对应单元，其针对由波浪提取单元提取出的各波浪，从通过多
个摄像机同时拍摄到的各个图像中找出相同的波浪并进行对应；三维信息计算单元，其通过对由波浪对应单元对应起来的图像中的各波浪进行三维分析，来计算海面的高度和波浪的高度；以及海面异常有无判定单元，其基于由三维信息计算单元计算出的海面的高度和波浪的高度，来判定是否发生海面异常，其中，所述波浪对应单元进行以下处理：通过极线几何和二维图像的横纵坐标关系的分析，根据由所述多个摄像机拍摄到的多张图像来求出对应候选区域；生成以在各图像的所述对应候选区域中提取出的各波浪的图像的重心坐标、像素的数量、周长、圆形度以及在各方向上的长度为特征的二维特征向量；针对各图像的同一区域内的所有波浪，基于极线约束找出候选波浪，并求出该候选波浪的二维特征向量的相似度，按照相似度从高到低的顺序制作各波浪的对应波浪的候选波浪列表；以及基于关注波浪和所述候选波浪列表中的相似度高的波浪的重心的图像坐标，求出关注波浪的三维世界坐标(X
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海面测量系统，包括：摄影单元，其通过设置于不同地点处的多个摄像机同时拍摄包括同一海面区域的图像；波浪提取单元，其从通过所述多个摄像机同时拍摄到的各个图像中提取波浪；波浪对应单元，其针对由所述波浪提取单元提取出的各波浪，从通过所述多个摄像机同时拍摄到的各个图像中找出相同的波浪并进行对应；三维信息计算单元，其通过对由所述波浪对应单元对应起来的所述图像中的各波浪进行三维分析，来计算海面的高度和波浪的高度；以及海面异常有无判定单元，其基于由所述三维信息计算单元计算出的海面的高度和波浪的高度，来判定是否发生海面异常，其中，所述波浪提取单元将由所述多个摄像机拍摄到的图像分割为几个邻接的长方形或正方形的小区域，针对包括小区域的左上角、右上角、左下角、右下角这四个角的局部区域，求出用于将图像进行二值化的阈值，基于关注点所存在的小区域的左上角、右上角、左下角、右下角这四个角的小区域阈值，乘以取决于到四个角的绝对距离的权重系数，来求出用于将关注点进行二值化的阈值。2.根据权利要求1所述的海面测量系统，其特征在于，所述三维信息计算单元计算由所述波浪对应单元对应起来的所述图像中的各波浪的特征点的三维坐标，基于所计算出的特征点的三维坐标的在高度方向上的平均值，来计算海面的高度。3.根据权利要求2所述的海面测量系统，其特征在于，所述三维信息计算单元基于所述特征点的三维坐标的在高度方向上的方差，来计算波浪的高度。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的海面测量系统，其特征在于，所述海面异常有无判定单元通过将没有发生海面异常的平常时的潮位与考虑由所述三维信息计算单元计算出的波浪的高度而得到的海面的高度进行比较，来判定是否发生海面异常。5.根据权利要求1至3中的任一项所述的海面测量系统，其特征在于，所述多个摄像机为包括摄像机主体、镜头以及摄像机固定调节部的两组以上的摄像机组，所述摄像机固定调节部将所述多个摄像机以能够调节姿势的方式固定，所述海面测量系统包括：客户端计算机，其具有调节所述摄像机主体和所述镜头的参数来对摄影进行控制的功能、以及取得通过所述多个摄像机拍摄到的图像的功能；以及服务器，其具有与所述客户端计算机通信的通信功能，并具有如下功能：对所述客户端计算机进行控制，向所述客户端计算机发送照片拍摄所需要的命令，并从所述客户端计算机获取所述摄像机的摄影图像。6.根据权利要求1至3中的任一项所述的海面测量系统，其特征在于，所述摄像机为远红外线摄像机，包括雾影响减轻单元和雨影响减轻单元，所述雾影响减轻单元基于大气模型，根据太阳光的强度成分、以及与由所述摄像机拍摄到的海洋的图像的纵向长度线性近似的海面的大气的透射率分布，来减轻雾对由所述摄
像机拍摄到的图像的影响，所述雨影响减轻单元使用由所述摄像机连续拍摄到的多张图像，求出像素的颜色强度的最大值图像和最小值图像，应用将最小值图像作为引导的引导滤波器来对最大值图像进行处理。7.一种海面测量系统，包括：摄影单元，其通过设置于不同地点处的多个摄像机同时拍摄包括同一海面区域的图像；波浪提取单元，其从通过所述多个摄像机同时拍摄到的各个图像中提取波浪；波浪对应单元，其针对由所述波浪提取单元提取出的各波浪，从通过所述多个摄像机同时拍摄到的各个图像中找出相同的波浪并进行对应；三维信息计算单元，其通过对由所述波浪对应单元对应起...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢存伟，
申请(专利权)人：学校法人福冈工业大学，
类型：发明
国别省市：