基于双目立体视觉的船舶模型姿态测量系统及方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911149747.2 (22)申请日 2019.11.21 (71)申请人 深圳市若雅方舟科技有限公司 地址 518101 广东省深圳市宝安区沙井街 道衙边社区岗头工业区蚝一商住楼B 栋506 (72)发明人 王顺礼李传龙刘文智叶秀芬 李海波于立明周翰文刘汉强 修林冉韩锦亮 (74)专利代理机构 北京慕达星云知识产权代理 事 务 所( 特 殊 普 通 合 伙 ) 11465 代理人 姜海荣 (51)Int.Cl. B63B 71/20(2020.01) G01B 11/0。

2、0(2006.01) G01C 11/00(2006.01) G01C 11/04(2006.01) (54)发明名称 一种基于双目立体视觉的船舶模型姿态测 量系统及方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于双目立体视觉的船 舶模型姿态测量系统及方法， 适用于在水池实验 中， 评估波浪对船舶模型的影响应用环境中， 对 船舶模型进行非接触测量。 根据船舶模型结构， 在适当位置， 粘贴特定的标志点贴片， 根据船舶 模型尺寸， 调整双目立体视觉相机位置， 使其观 测范围覆盖船舶模型运动范围， 启动造波器， 发 出特定波浪， 同时启动双目立体视觉姿态测量系 统软件， 对特征点进行检测， 并根据多组双目立。

3、 体视觉相机的检测结果， 计算船舶模型的姿态信 息。 通过对船舶模型运动情况进行基于双目立体 视觉的非接触式测量， 使得船舶模型可以设计得 更小， 进而对实验场地要求进一步降低， 便于以 更低的代价获得更加真实的船舶外形设计可靠 性。 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 CN 110920824 A 2020.03.27 CN 110920824 A 1.一种基于双目立体视觉的船舶模型姿态测量系统， 其特征在于， 包括防水标志点贴 片、 实验水池、 造波机、 主机和三组双目立体视觉相机； 所述防水标志点贴片贴在船舶模型 两侧及其正上方的前中后部位； 所述造波机设置在所述实验水池内一侧； 其中。

4、两组所述双 目立体视觉相机分别设置在所述实验水池的两侧， 另外一组所述双目立体视觉相机与所述 造波机相对设置。 2.根据权利要求1所述的一种基于双目立体视觉的船舶模型姿态测量系统， 其特征在 于， 所述造波机和三组所述双目立体视觉相机均与所述主机电性连接。 3.根据权利要求1所述的一种基于双目立体视觉的船舶模型姿态测量系统， 其特征在 于， 所述实验水池为透明水池。 4.一种基于双目立体视觉的船舶模型姿态测量系统的测量方法， 其特征在于， 包括以 下步骤： 步骤一： 根据船舶模型的形状， 在其左右两侧及正上方的前中后部位粘贴防水标志点 贴片； 步骤二： 调整双目立体视觉相机位置， 使其观测范围。

5、覆盖船舶模型的全部移动范围； 步骤三： 启动造波机， 产生特定波浪， 并记录波形； 步骤四： 启动双目立体视觉相机， 检测防水标志点贴片所在的标志点， 并根据双目立体 视觉测距原理， 对检测到的标志点进行空间位置计算； 步骤五： 融合多个双目立体视觉的标志点计算结果， 根据船舶模型的形状立体信息推 算船舶模型的姿态信息。 5.根据权利要求4所述的一种基于双目立体视觉的船舶模型姿态测量系统的测量方 法， 其特征在于， 所述步骤四中， 单组双目立体视觉相机的测量过程中， 先分别对位于实验 水池两侧的双目立体视觉相机获取的船舶模型左侧图和右侧图进行标志点检测， 计算标志 点的中心， 然后再根据双目立。

6、体视觉测距原理， 直接计算中心点的空间位置。 6.根据权利要求4所述的一种基于双目立体视觉的船舶模型姿态测量系统的测量方 法， 其特征在于， 所述步骤五中， 根据船舶模型左侧标志点空间位置、 右侧标志点空间位置、 上方标志点空间位置， 并根据船舶模型的三维立体参数进行建模， 即可计算出船舶模型在 波浪环境中的空间位置、 横摇角、 纵摇角、 偏航角参数。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110920824 A 2 一种基于双目立体视觉的船舶模型姿态测量系统及方法 技术领域 0001 本发明涉及船舶模型姿态测量技术领域， 更具体的说是涉及一种基于双目立体视 觉的船舶模型姿态测量系统及方法。 背景。

7、技术 0002 船舶在设计过程中， 其结构及外形设计尤为重要， 外形及结构设计直接决定了船 舶在航行时遭遇波浪后的晃动， 对于设计稳定的、 能抵御一定等级波浪的船舶， 在设计阶 段， 验证结构及外形设计对波浪的应对情况具有重要的价值。 0003 目前的船舶外形设计对波浪的应对能力评估大多采用仿真软件获得， 在遇到真实 波浪情况下， 可能存在一定的偏差， 评估船舶微缩模型在模拟波浪环境中的应对能力是一 个更加可行的方案， 但由于较为准确的姿态传感器通常具有很大的体积， 导致船舶模型的 尺寸需要设计的较大， 才能装下这些传感器的同时， 又不影响船舶本身的重量分布， 进而导 致对实验场地有较大要求。。

8、 0004 因此， 如何提供一种低成本的基于双目立体视觉的船舶模型姿态测量系统及方法 是本领域技术人员亟需解决的问题。 发明内容 0005 有鉴于此， 本发明提供了一种基于双目立体视觉的船舶模型姿态测量系统及方 法， 通过对船舶模型运动情况进行基于双目立体视觉的非接触式测量， 使得船舶模型可以 设计得更小， 进而对实验场地要求进一步降低， 便于以更低的代价获得更加真实的船舶外 形设计可靠性。 0006 为了实现上述目的， 本发明采用以下技术方案： 0007 一种基于双目立体视觉的船舶模型姿态测量系统， 包括防水标志点贴片、 实验水 池、 造波机、 主机和三组双目立体视觉相机； 所述防水标志点贴。

9、片贴在船舶模型两侧及其正 上方的前中后部位； 所述造波机设置在所述实验水池内一侧； 其中两组所述双目立体视觉 相机分别设置在所述实验水池的两侧， 另外一组所述双目立体视觉相机与所述造波机相对 设置。 0008 优选的， 在上述一种基于双目立体视觉的船舶模型姿态测量系统中， 所述造波机 和三组所述双目立体视觉相机均与所述主机电性连接。 0009 优选的， 在上述一种基于双目立体视觉的船舶模型姿态测量系统中， 所述实验水 池为透明水池。 0010 一种基于双目立体视觉的船舶模型姿态测量系统的测量方法， 包括以下步骤： 0011 步骤一： 根据船舶模型的形状， 在其左右两侧及正上方的前中后部位粘贴防。

10、水标 志点贴片； 0012 步骤二： 调整双目立体视觉相机位置， 使其观测范围覆盖船舶模型的全部移动范 围； 说明书 1/3 页 3 CN 110920824 A 3 0013 步骤三： 启动造波机， 产生特定波浪， 并记录波形； 0014 步骤四： 启动双目立体视觉相机， 检测防水标志点贴片所在的标志点， 并根据双目 立体视觉测距原理， 对检测到的标志点进行空间位置计算； 0015 步骤五： 融合多个双目立体视觉的标志点计算结果， 根据船舶模型的形状立体信 息推算船舶模型的姿态信息。 0016 优选的， 在上述一种基于双目立体视觉的船舶模型姿态测量系统的测量方法中， 所述步骤四中， 单组双目。

11、立体视觉相机的测量过程中， 先分别对位于实验水池两侧的双目 立体视觉相机获取的船舶模型左侧图和右侧图进行标志点检测， 计算标志点的中心， 然后 再根据双目立体视觉测距原理， 直接计算中心点的空间位置。 0017 优选的， 在上述一种基于双目立体视觉的船舶模型姿态测量系统的测量方法中， 所述步骤五中， 根据船舶模型左侧标志点空间位置、 右侧标志点空间位置、 上方标志点空间 位置， 并根据船舶模型的三维立体参数进行建模， 即可计算出船舶模型在波浪环境中的空 间位置、 横摇角、 纵摇角、 偏航角参数。 0018 经由上述的技术方案可知， 与现有技术相比， 本发明公开提供了一种基于双目立 体视觉的船舶。

12、模型姿态测量系统及方法， 本发明与现有技术相比， 其优点在于： 使用双目立 体视觉测量技术， 由于视觉测量前后帧之间均为独立采样， 因此不存在使用惯性器件测量 姿态时的累积误差， 使测量结果更加准确； 使用双目立体视觉测量技术， 可以降低对船舶模 型尺寸的要求， 克服因需要安装大型高精度惯性器件测量姿态时， 为了不影响船舶模型质 量分布而导致的船舶模型过大， 对实验场地要求较高的弊端。 附图说明 0019 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例， 对于本领域普通技。

13、术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据 提供的附图获得其他的附图。 0020 图1附图为本发明中基于双目立体视觉的船舶模型姿态测量系统的结构示意图； 0021 图2附图为为本发明中基于双目立体视觉的船舶模型姿态测量系统的测量方法步 骤图。 具体实施方式 0022 下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完 整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于 本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例， 都属于本发明保护的范围。 0023 本发明实施例公开了一种基于。

14、双目立体视觉的船舶模型姿态测量系统及方法， 通 过对船舶模型运动情况进行基于双目立体视觉的非接触式测量， 使得船舶模型可以设计得 更小， 进而对实验场地要求进一步降低， 便于以更低的代价获得更加真实的船舶外形设计 可靠性。 0024 一种基于双目立体视觉的船舶模型姿态测量系统， 包括防水标志点贴片、 实验水 说明书 2/3 页 4 CN 110920824 A 4 池1、 造波机2、 主机和三组双目立体视觉相机3； 防水标志点贴片贴在船舶模型4两侧及其正 上方的前中后部位； 造波机2设置在实验水池1内一侧； 其中两组双目立体视觉相机3分别设 置在实验水池1的两侧， 另外一组双目立体视觉相机3与。

15、造波机2相对设置。 0025 为了进一步优化上述技术方案， 造波机2和三组双目立体视觉相机3均与主机电性 连接。 0026 为了进一步优化上述技术方案， 实验水池1为透明水池。 0027 一种基于双目立体视觉的船舶模型姿态测量系统的测量方法， 包括以下步骤： 0028 步骤一： 根据船舶模型4外形信息， 粘贴具有特定形状和颜色的轻质防水标志点贴 片， 贴片应具备较好的颜色及形状区分度， 便于标志点检测算法检测标志点中心， 同时标志 点应具备防水性， 以及重量很轻， 防止对船舶重量分布产生影响， 影响在特定波形情况下姿 态测量结果的可靠性。 0029 步骤二： 根据船舶模型4可能运动的范围， 调。

16、整双目立体视觉相机3位置， 做到最大 程度的近距离观测， 便于更加精细的检测标志点中心， 同时， 又可以覆盖全部的可能运动范 围。 0030 步骤三： 控制主机， 启动造波机2， 产生需要的波浪， 并记录波形； 0031 步骤四： 启动左、 右、 上三组双目立体视觉相机3， 先对获得的双目视觉图像左图和 右图单独进行标志点检测， 计算标志点中心， 然后再应用三角测距原理及相机标定参数， 计 算单侧标志点的空间位置； 0032 步骤五： 根据船舶模型4的三维立体参数， 获得各个标志点在船舶模型4坐标系下 的空间位置信息， 然后， 根据三组双目立体视觉的标志点空间测量结果， 通过船舶模型4的 姿态。

17、变量： 空间位置坐标、 横摇、 纵摇、 偏航等参数， 可将船舶坐标系与空间坐标系进行联立 求解， 即可得到这些变量的值， 即测量结果。 0033 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述， 每个实施例重点说明的都是与其他 实施例的不同之处， 各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。 对于实施例公开的装置 而言， 由于其与实施例公开的方法相对应， 所以描述的比较简单， 相关之处参见方法部分说 明即可。 0034 对所公开的实施例的上述说明， 使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的， 本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。 因此， 本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。 说明书 3/3 页 5 CN 110920824 A 5 图1 说明书附图 1/2 页 6 CN 110920824 A 6 图2 说明书附图 2/2 页 7 CN 110920824 A 7 。