【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及计算机视觉与海洋观测领域，特别是涉及一种基于双目视觉的海浪时频域观测方法。
技术介绍
1、海浪作为海洋动力环境的重要要素，是发生在海洋表面的一种复杂且随机的自然现象。海浪观测对提高航行安全、支持气候研究和指导海洋工程等方面至关重要。在这一背景下，原位实时海浪信息显得尤为重要，精确可靠的实时海况数据是高效、经济和安全的海上作业的关键因素。传统观测方法如气象卫星和气象气球虽然可以对大范围海域进行遥感监测，但其分辨率和更新频率较低。波浪浮标是监测海浪变化的有效手段，但其布放时间长且灵活性不足。船载波浪雷达通常为x波段，无法准确获取海面波形，且成本高昂，需频繁调试。随着海上作业的大型化、复杂化和精细化发展趋势，传统观测方法日益无法满足安全和高效的作业需求，给成本和规模不断增长的海上作业带来了巨大风险。
2、需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于克服上述
技术介绍
中存在的缺陷，提供一种基于双目视觉的海浪时频域观测方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种基于双目视觉的海浪时频域观测方法，包括以下步骤：
4、s1：在两个预设的固定位置安装双摄像机系统，双摄像机对准同一海面区域，以实现对海浪形态的同步观测；
5、s2：根据已确定的摄像机内参，利用特征点匹配技术，计算两
6、s3：对采集到的图像进行滤波和校正，通过滤波技术去除图像噪声和干扰；
7、s4：利用双目摄像系统中的匹配特征点计算视差图，并根据视差信息转换为三维坐标，通过融合多个视点的点云数据，构建出海面模型，反映海浪的动态变化和形态特征；
8、s5：对收集的预定时长的海面数据进行时频域分析，提取海浪的频率、幅度和相位等参数，通过时域分解海浪信号，识别不同频率和幅度的波浪成分，以确定海浪的动态特性。
9、进一步地，步骤s1中，摄像机布置在岸边、海上平台或运动的浮式结构物上；当摄像机布置在运动的浮式结构物上时，对海浪形态进行观测的同时通过gnss/imu运动采集系统采集摄像机的运动状态信息，且s3中，引入运动补偿算法，实时调整图像中的运动补偿参数，确保图像数据的准确性和一致性
10、进一步地，步骤s2具体包括：
11、确定摄像机的内部参数，包括焦距、主点坐标等；
12、在双摄像机捕获的图像中识别并提取特征点；
13、在两幅图像中找到对应的特征点对；
14、利用匹配的特征点，计算两台摄像机之间的相对位置和姿态；
15、通过最小化重投影误差，优化摄像机的内外参数，以确保三维重建的准确性；
16、整合内外参数，完成摄像机的精确标定。
17、进一步地，步骤s4具体包括：
18、利用双目摄像系统中的匹配特征点生成视差图；
19、将视差信息转换为三维坐标，通过融合来自多个视点的点云数据；
20、构建精确的海面模型，以反映海浪的动态变化和形态特征；
21、建立成本函数，用于量化图像坐标和深度下的匹配质量；
22、通过最小化成本函数，确定最优深度估计，以找到最佳的深度值；
23、评估两个点集之间的匹配质量，通过最小化点集匹配成本，以确保三维重建的准确性和一致性。
24、进一步地，步骤s5具体包括：
25、收集并分析一定时长的海面数据；
26、应用时频分析方法提取海浪的关键参数，包括频率、幅度和相位，其中，使用帧间功率谱密度(psd)估算波谱密度；
27、计算海浪参数，如有效波高和有义波高；
28、通过时域分解海浪信号，识别不同频率和幅度的波浪成分；
29、评估海浪对浮体的影响。
30、一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序由处理器执行时实现所述的于双目视觉的海浪时频域观测方法。
31、一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序由处理器执行时实现所述的方法。
32、在一些实施例中，本专利技术基于双目视觉的海浪时频域观测方法包括如下步骤：
33、步骤一：选择两个相互分离的固定位置安装摄像机，确保摄像机之间的基线距离适当，以获得足够的视差信息。摄像机应对准相同的海面区域，保持水平或稍微向下倾斜，以避免天空或过多背景干扰。
34、步骤二：根据已确定的内参，进行外参的联合标定。通过提取同一场景中的匹配特征点，计算两台摄像机之间的相对位置和姿态。整个校准过程可由自动化软件实现，涵盖特征点的提取、匹配以及内外参的优化，自动完成摄像机的精确标定。
35、步骤三：对采集到的图像进行滤波和校正，通过应用合适的滤波技术去除噪声和不必要的干扰，从而提高图像质量。如果观测系统布置在运动的浮式结构物上，可以根据运动信号引入补偿算法，实时调整图像中的运动补偿参数，以确保最终图像的准确性和一致性。这一过程为后续的三维重建和时频域分析提供了高质量的基础数据。通过gnss/imu运动采集系统，将浮体的六自由度实时运动引入双目采集系统，进行运动补偿，从而实现对目标海域的动态观测。
36、步骤四：利用双目摄像系统中的匹配特征点计算视差图，然后根据视差信息转换为三维坐标。通过将多个视点的点云数据进行融合，构建出准确的海面模型，充分反映海浪的动态变化和形态特征。
37、步骤五：收集一定时长的海面数据，通过时频分析方法，可以提取海浪的频率、幅度和相位等信息，深入理解其动态特性，并计算有效波高等海浪参数。通过对海浪信号进行时域分解，可以识别出不同频率和幅度的波浪成分，从而深入了解海浪对浮体的影响。通过时频分析得到的海浪参数估计包括有效波高、峰值波长和波浪方向等关键指标。这些参数作为频域统计性指标，可对一定时间段内的海面演变进行深入分析。同时，时域分析则涉及波浪信号的分解，以进一步理解和描述海浪的动态特性。
38、本专利技术具有如下有益效果：
39、本专利技术提出了一种基于双目视觉的海浪时频域观测方法，该方法通过双摄像机系统对海浪形态进行同步观测，并利用特征点匹配技术完成摄像机内外参的精确标定，通过立体匹配算法提取三维点云数据，进行海面重建，生成海浪的三维形态，对重建的海面数据进行时频域分析，计算海况参数，并进行时域波浪分解，从而实现对海浪运动特征的全面观测与分析，该方法不仅提高了海浪观测的精度与实时性，而且降低了观测成本，增强了灵活性与适应性。双目视觉技术通过计算视差来获取深度信息，使得系统能够生成海浪的高分辨率三维动态模型，更好地反映海浪的瞬时变化。与传统的波浪浮标和x波段波浪雷达相比，该方法具有更高的灵活性和适应性，能够获得更高质量的点云数据，实现更本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于双目视觉的海浪时频域观测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于双目视觉的海浪时频域观测方法，其特征在于，步骤S1中，摄像机布置在岸边、海上平台或运动的浮式结构物上；当摄像机布置在运动的浮式结构物上时，对海浪形态进行观测的同时通过GNSS/IMU运动采集系统采集摄像机的运动状态信息，且S3中，引入运动补偿算法，实时调整图像中的运动补偿参数，确保图像数据的准确性和一致性。
3.如权利要求1或2所述的基于双目视觉的海浪时频域观测方法，其特征在于，步骤S2具体包括：
4.如权利要求1至3任一项所述的基于双目视觉的海浪时频域观测方法，其特征在于，步骤S4具体包括：
5.如权利要求1至4任一项所述的基于双目视觉的海浪时频域观测方法，其特征在于，步骤S5具体包括：
6.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序由处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的于双目视觉的海浪时频域观测方法。
7.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序由处理器执
...【技术特征摘要】
1.一种基于双目视觉的海浪时频域观测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于双目视觉的海浪时频域观测方法，其特征在于，步骤s1中，摄像机布置在岸边、海上平台或运动的浮式结构物上；当摄像机布置在运动的浮式结构物上时，对海浪形态进行观测的同时通过gnss/imu运动采集系统采集摄像机的运动状态信息，且s3中，引入运动补偿算法，实时调整图像中的运动补偿参数，确保图像数据的准确性和一致性。
3.如权利要求1或2所述的基于双目视觉的海浪时频域观测方法，其特征在于，步骤s2具体包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：任政儒，张泰瑜，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：
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