一种用于船舶尾气的林格曼黑度等级校准和检测方法技术

本发明专利技术提供一种用于船舶尾气的林格曼黑度等级校准和检测方法，所述方法包括：使用带有林格曼标识图的长焦镜头人工拍摄船舶烟囱口的烟雾主体；基于拍摄的船舶烟雾主体，对每一张图像手动框选出图像中船舶的烟雾主体；分割图像前景和背景，并对烟雾主体进行灰度值计算，将计算得到的烟雾主体区域灰度值的平均值作为待测烟雾主体的灰度值；使用霍夫变换框选出林格曼标识图，并确定各等级黑度所对应的灰度值；利用预先学习得到的标准校正方程，将林格曼标识图灰度值映射至所对应的黑度等级，从而确定烟雾主体的林格曼黑度等级。本发明专利技术方法基于图像的方式实现林格曼黑度等级的现场实时校准，并且能够有效监测和判断船舶尾气排放是否存在违规问题。是否存在违规问题。是否存在违规问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于船舶尾气的林格曼黑度等级校准和检测方法


[0001]本专利技术涉及船舶尾气检测
，具体地，涉及一种用于船舶尾气的林格曼黑度等级校准和检测方法。

技术介绍

[0002]我国是一个内河航运资源丰富的国家，船舶运输所带来的环境污染问题也日益突出，船舶尾气的治理是水上蓝天保卫战行动的主要对象。上海市在2018年发布的《上海市大气污染防治条例》“修正版”中规定“对机动车船、非道路移动机械污染大气实施监督管理”，“在本市行驶的机动车船不得排放明显可见的黑烟”。
[0003]将林格曼黑度等级图置于相机外接镜头内作为对照标准已在固定污染源(卷烟厂，炼钢厂等)得到广泛的应用。但是对于诸如船舶等移动平台该方法并不适用。
[0004]鉴于船舶在水面上航前并且是一个移动的目标，对其检测的方式主要是执法人员通过手机录制视频，并将随身携带的林格曼黑度等级图与视频中的船舶尾气进行对照判断尾气黑度等级。该种测量方式在拍摄时易受到相机参数设置影响，且在评价黑度等级时易受主观影响，容易造成误判。其他检测方式还有将摄像系统固定于船闸的一侧，另一侧安装林格曼黑度等级图进行比对；利用智能手机录制一定时长的船只航行视频，通过制作虚拟的林格曼黑度比色卡对照判别尾气黑度等级。然而，上述两种方式在视频录制中固定了相机背景，不能进行灵活移动，且视频形式占用设备内存容量较大，无法满足长时间多艘船舶的尾气等级检测。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种用于船舶尾气的林格曼黑度等级校准和检测方法，该方法可用于手持式设备，基于图像的方式实现林格曼黑度等级的现场实时校准，并且能够有效监测和判断船舶尾气排放是否存在违规问题。
[0006]为解决上述问题，本专利技术的技术方案为：
[0007]一种用于船舶尾气的林格曼黑度等级校准和检测方法，包括以下步骤：
[0008]使用带有林格曼标识图的长焦镜头人工拍摄船舶烟囱口的烟雾主体；
[0009]基于拍摄的船舶烟雾主体，对每一张图像手动框选出图像中船舶的烟雾主体；
[0010]分割图像前景和背景，并对烟雾主体进行灰度值计算，将计算得到的烟雾主体区域灰度值的平均值作为待测烟雾主体的灰度值；
[0011]使用霍夫变换框选出林格曼标识图，并确定各等级黑度所对应的灰度值；
[0012]利用预先学习得到的标准校正方程，将林格曼标识图灰度值映射至所对应的黑度等级，从而确定烟雾主体的林格曼黑度等级。
[0013]优选地，所述使用带有林格曼标识图的长焦镜头人工拍摄船舶烟囱口的烟雾主体的步骤具体包括：执法人员使用带有林格曼标识图的长焦镜头拍摄船舶烟囱口的烟雾主体，获取多张带有林格曼标识图和船舶尾气的图像，设置相机的ISO、光圈、快门速度参数，
并记录下图像的ISO、光圈、快门速度参数。
[0014]优选地，所述基于拍摄的船舶烟雾主体，对每一张图像手动框选出图像中船舶的烟雾主体的步骤具体包括：对于拍摄后的每一艘船舶的尾气相片，人工手动在图像上框选出船舶尾气区域的大致区域，将该区域称之为烟雾主体，所述烟雾主体框选时要保证50％以上的烟雾区域被框选。
[0015]优选地，所述分割图像前景和背景，并对烟雾主体进行灰度值计算，将计算得到的烟雾主体区域灰度值的平均值作为待测烟雾主体的灰度值的步骤具体包括：对于所框选后的烟雾主体，将图片进行灰度化并进行高斯噪声处理，再将图像进行二值化，前景为烟雾主体，背景为天空部分。
[0016]优选地，所述分割图像前景和背景，并对烟雾主体进行灰度值计算，将计算得到的烟雾主体区域灰度值的平均值作为待测烟雾主体的灰度值的步骤具体还包括：采用直方图对图像中的像素点的灰度值进行统计，通过找到直方图上烟雾主体和其余区域的波谷设定阈值去除背景部分，保留前景烟雾主体，对于处理后的烟雾主体，计算该烟雾主体区域的平均灰度值。
[0017]优选地，所述使用霍夫变换框选出林格曼标识图，并确定各等级黑度所对应的灰度值的步骤具体包括：使用霍夫变换对图像中的矩形框进行检测，通过形态学的膨胀和腐蚀操作将该标识图聚合，并用霍夫变换对其进行框选，对于框选后的各等级黑度，计算该黑度的平均值作为该黑度等级的灰度值。
[0018]优选地，所述利用预先学习得到的标准校正方程，将林格曼标识图灰度值映射至所对应的黑度等级，从而确定烟雾主体的林格曼黑度等级的步骤具体包括：将对林格曼标识图利用预先学习到的标准校正方程，建立与林格曼灰度板之间的映射关系。
[0019]优选地，所述标准校正方程学习步骤具体包括：利用所述相机和镜头设备人工拍摄林格曼灰度板，采集n幅图像，n∈[50,100]，对于拍摄后的图像，使用霍夫变换方法提取林格曼灰度板各等级黑度，并确定各等级黑度灰度值。
[0020]优选地，所述预先学习得到的标准校正方程如下所示：其中，exp为以e为底的指数，ω
T
＝[ω0,ω1,ω2,ω3,ω4]，g
i
、g
i
'、s、v、f为定义的变量，ω0,ω1,ω2,ω3,ω4为校准方程的参数，其中n表示所拍摄的第n幅图像，其中n表示所拍摄的第n幅图像，表示第n幅图像上林格曼标识图的五个黑度等级的平均灰度值，g
n
'表示第n幅图像上林格曼灰度板的五个黑度等级的平均灰度值。
[0021]优选地，对于第n幅新拍摄的烟雾主体图像，通过确定该图像的并将其代入标准校正方程，将该灰度值映射为标准林格曼黑度等级g
j
'，并将烟雾主体的灰度值代入标准校正方程，得到烟雾主体区域的林格曼黑度等级。
[0022]与现有技术相比，本专利技术提供了一种用于船舶尾气的林格曼黑度等级校准和检测方法，利用手持式设备，基于图像的方式实现船舶尾气林格曼黑度等级的现场实时校准，从
而能够有效监测和判断船舶尾气排放，该方法满足海事执法人员执行日常巡逻任务时，在手持式设备和船舶目标非静止的状态下，通过拍摄船舶尾气排放图像实现对违规尾气排放船舶的监测，并自动判定其尾气是否达到了违规排放的程度，操作便捷高效，判断结果准确。
附图说明
[0023]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0024]图1为本专利技术实施例提供的用于船舶尾气的林格曼黑度等级校准和检测方法流程框图；
[0025]图2为本专利技术实施例提供的标准校正方程的学习流程图；
[0026]图3为本专利技术实施例提供的手动框选烟雾主体区域的示意图；
[0027]图4为本专利技术实施例提供的利用霍夫变换框选出林格曼标识图各黑度等级的灰度图；
[0028]图5为本专利技术实施例提供的框选出烟雾主体区域后将其裁剪并进行保存的图。
具体实施方式
[0029]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于船舶尾气的林格曼黑度等级校准和检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：使用带有林格曼标识图的长焦镜头人工拍摄船舶烟囱口的烟雾主体；基于拍摄的船舶烟雾主体，对每一张图像手动框选出图像中船舶的烟雾主体；分割图像前景和背景，并对烟雾主体进行灰度值计算，将计算得到的烟雾主体区域灰度值的平均值作为待测烟雾主体的灰度值；使用霍夫变换框选出林格曼标识图，并确定各等级黑度所对应的灰度值；利用预先学习得到的标准校正方程，将林格曼标识图灰度值映射至所对应的黑度等级，从而确定烟雾主体的林格曼黑度等级。2.根据权利要求1所述的用于船舶尾气的林格曼黑度等级校准和检测方法，其特征在于，所述使用带有林格曼标识图的长焦镜头人工拍摄船舶烟囱口的烟雾主体的步骤具体包括：执法人员使用带有林格曼标识图的长焦镜头拍摄船舶烟囱口的烟雾主体，获取多张带有林格曼标识图和船舶尾气的图像，设置相机的ISO、光圈、快门速度参数，并记录下图像的ISO、光圈、快门速度参数。3.根据权利要求1所述的用于船舶尾气的林格曼黑度等级校准和检测方法，其特征在于，所述基于拍摄的船舶烟雾主体，对每一张图像手动框选出图像中船舶的烟雾主体的步骤具体包括：对于拍摄后的每一艘船舶的尾气相片，人工手动在图像上框选出船舶尾气区域的大致区域，将该区域称之为烟雾主体，所述烟雾主体框选时要保证50％以上的烟雾区域被框选。4.根据权利要求3所述的用于船舶尾气的林格曼黑度等级校准和检测方法，其特征在于，所述分割图像前景和背景，并对烟雾主体进行灰度值计算，将计算得到的烟雾主体区域灰度值的平均值作为待测烟雾主体的灰度值的步骤具体包括：对于所框选后的烟雾主体，将图片进行灰度化并进行高斯噪声处理，再将图像进行二值化，前景为烟雾主体，背景为天空部分。5.根据权利要求4所述的用于船舶尾气的林格曼黑度等级校准和检测方法，其特征在于，所述分割图像前景和背景，并对烟雾主体进行灰度值计算，将计算得到的烟雾主体区域灰度值的平均值作为待测烟雾主体的灰度值的步骤具体还包括：采用直方图对图像中的像素点的灰度值进行统计，通过找到直方图上烟雾主体和其余区域的波谷设定阈值去除背景部分，保留前景烟雾主体，对于处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞雷，顾立地，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：