海面測量系統、海面測量方法以及存儲介質技術方案

本發明專利技術提供一種海面測量系統、海面測量方法以及存儲介質，應用了圖像測量技術，對海嘯等海面異常進行測量。包括：攝影單元，其通過設置于不同地點處的多個攝像機來同時拍攝包括同一海面區域的圖像；波浪提取單元，其從通過多個攝像機同時拍攝到的各個圖像中提取波浪；波浪對應單元，其針對由波浪提取單元提取出的各波浪，從通過多個攝像機同時拍攝到的各個圖像中找出相同的波浪并進行對應；三維信息計算單元，其通過對由波浪對應單元對應起來的圖像中的各波浪進行三維分析，來計算海面的高度和波浪的高度；以及海面異常有無判定單元，其基于由三維信息計算單元計算出的海面的高度和波浪的高度，來判定是否發生海面異常。來判定是否發生海面異常。來判定是否發生海面異常。

【技術實現步驟摘要】
海面測量系統、海面測量方法以及存儲介質
[0001]本申請是申請日為2020年01月10日、申請號為202010027415.3、專利技術名稱為“海面測量系統、海面測量方法以及存儲介質”的中國專利技術專利申請的分案申請。


[0002]本專利技術涉及一種基于通過多個攝像機拍攝到的圖像來測量海嘯、巨浪、滿潮、急潮等海面異常的海面測量系統、海面測量方法以及海面測量程序。

技術介紹

[0003]現有的海嘯的測量(觀測)方法能夠大致分類為已到達陸地的海嘯的觀測方法和到達陸地前的海嘯的觀測方法兩種。
[0004](1)已到達陸地的海嘯的觀測方法
[0005]在已到達陸地的海嘯的高度的觀測中，除了使用氣象局在各地設置的驗潮站以外，還使用海嘯觀測儀、巨大海嘯觀測儀等海嘯觀測設備。氣象局使用驗潮站、海嘯觀測儀始終觀測潮位，將觀測到的數據作為潮汐觀測資料(速報值)和潮汐觀測資料來公開。但是，這些觀測系統均被設置在海岸處，因此雖然能夠觀測已到達陸地的海嘯，但是無法觀測到達前的遠方(幾十公里(km)至超過50公里(km))的海嘯，從而無法估計到達時刻。
[0006](2)到達陸地前的海嘯的觀測方法
[0007]在到達陸地前的海嘯的觀測中，使用海底地震及海嘯觀測網、GPS波浪計以及最近提出的海嘯雷達。
[0008]海底地震及海嘯觀測網是作為日本海溝海底地震海嘯觀測網配備業務而由國立研究開發法人防災科學技術研究所推進并配備的大規模的實時地震及海嘯觀測網絡。在海底地震及海嘯觀測網中，通過海底光纜連接將地震儀與海嘯計形成為一體而得到的觀測裝置，將該觀測裝置設置于日本東部的太平洋海底，來實時地且24小時連續地獲取觀測數據。截至2018年1月，在日本全國沿海的150處設置了觀測裝置，線纜總長約為5，700km。期待海底地震及海嘯觀測網直接探測海溝型地震、緊接其后的海嘯，并通過迅速且高精度的信息傳達來對災害的減輕、避難行動等防災對策做出貢獻。
[0009]但是，海底系統、陸地基站的設置需要龐大的工程，且需要自治機構、漁業相關者同意。另外，設備設施的維持、管理也需要巨大的費用。因此，存在難以在全國的海域普及的一面。
[0010]GPS波浪計系統是使用GPS衛星測量漂浮于近海域的浮標(GPS波浪計)的上下變動來直接觀測波浪、潮汐等海面變動的海洋觀測設備。截至2017年1月，在日本近海域設置有18臺GPS波浪計。
[0011]GPS波浪計設置在港灣設備中以獲得所需要的近海域的波浪信息，但是由于還能夠觀測在地震發生時由海嘯引起的海面的上下波動，因此非常期待還被有效利用于海嘯預防措施。GPS波浪計通常被設置于近海域20km前后的地方，因此能夠觀測幾十公里處的海嘯并估計到達時刻。
[0012]但是，GPS波浪計是昂貴的設備，在2005年設置之初，一臺超過3億日元，現在也是以億為單位。另外，GPS波浪計只能設置在特定的地點，難以進行廣范圍的觀測。
[0013]海嘯雷達是使用雷達測量技術測量遠方的海面來監視海嘯的發生的系統。在這些方法中，從通過雷達觀測到的海面的流速中提取海嘯成分，來估計海嘯的波浪高度和到達時刻。
[0014]但是，在這些方法中，難以從海面的流速中提取海嘯成分，特別是難以提前測量長周期的海嘯。
[0015]現有技術文獻
[0016]專利文獻
[0017]專利文獻1：日本特開2013
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40898號公報
[0018]專利文獻2：日本特開2018
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4529號公報
[0019]專利文獻3：日本特開2014
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160044號公報
[0020]專利文獻4：日本特開2004
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191268號公報
[0021]專利文獻5：日本特開2017
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150917號公報
[0022]專利文獻6：日本特開2016
?
85206號公報

技術實現思路

[0023]專利技術要解決的問題
[0024]另外，從30年前開始研究圖像測量技術，隨著數字攝像機技術及計算機制造技術等硬件技術的進步、算法及人工智能等軟件技術的發展，近年來圖像測量技術的實用化正在發展。當前，圖像測量技術被實際使用于印刷品質的管理、產品的品質管理、珠寶及藝術品的鑒定等品質管理領域。另外，還被廣泛地實際使用于臉部識別、物體識別的領域。
[0025]本專利技術的目的在于提供一種應用了圖像測量技術的對海嘯等海面異常進行測量的海面測量系統、海面測量方法以及海面測量程序。
[0026]用于解決問題的方案
[0027]本專利技術的海面測量系統包括：攝影單元，其通過設置于不同地點處的多個攝像機同時拍攝包括同一海面區域的圖像；波浪提取單元，其從通過多個攝像機同時拍攝到的各個圖像中提取波浪；波浪對應單元，其針對由波浪提取單元提取出的各波浪，從通過多個攝像機同時拍攝到的各個圖像中找出相同的波浪并進行對應；三維信息計算單元，其通過對由波浪對應單元對應起來的圖像中的各波浪進行三維分析，來計算海面的高度和波浪的高度；以及海面異常有無判定單元，其基于由三維信息計算單元計算出的海面的高度和波浪的高度，來判定是否發生海面異常，其中，所述波浪提取單元將由所述多個攝像機拍攝到的圖像分割為幾個鄰接的長方形或正方形的小區域，針對包括小區域的左上角、右上角、左下角、右下角這四個角的局部區域，求出用于將圖像進行二值化的閾值，基于關注點所存在的小區域的左上角、右上角、左下角、右下角這四個角的小區域閾值，乘以取決于到四個角的絕對距離的權重系數，來求出用于將關注點進行二值化的閾值。
[0028]另外，本專利技術的海面測量系統包括：攝影單元，其通過設置于不同地點處的多個攝像機同時拍攝包括同一海面區域的圖像；波浪提取單元，其從通過多個攝像機同時拍攝到的各個圖像中提取波浪；波浪對應單元，其針對由波浪提取單元提取出的各波浪，從通過多
個攝像機同時拍攝到的各個圖像中找出相同的波浪并進行對應；三維信息計算單元，其通過對由波浪對應單元對應起來的圖像中的各波浪進行三維分析，來計算海面的高度和波浪的高度；以及海面異常有無判定單元，其基于由三維信息計算單元計算出的海面的高度和波浪的高度，來判定是否發生海面異常，其中，所述波浪對應單元進行以下處理：通過極線幾何和二維圖像的橫縱坐標關系的分析，根據由所述多個攝像機拍攝到的多張圖像來求出對應候選區域；生成以在各圖像的所述對應候選區域中提取出的各波浪的圖像的重心坐標、像素的數量、周長、圓形度以及在各方向上的長度為特征的二維特征向量；針對各圖像的同一區域內的所有波浪，基于極線約束找出候選波浪，并求出該候選波浪的二維特征向量的相似度，按照相似度從高到低的順序制作各波浪的對應波浪的候選波浪列表；以及基于關注波浪和所述候選波浪列表中的相似度高的波浪的重心的圖像坐標，求出關注波浪的三維世界坐標(X
關注
，Y
關注
，Z
關注
)和候選波浪本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種海面測量系統，包括：攝影單元，其通過設置于不同地點處的多個攝像機同時拍攝包括同一海面區域的圖像；波浪提取單元，其從通過所述多個攝像機同時拍攝到的各個圖像中提取波浪；波浪對應單元，其針對由所述波浪提取單元提取出的各波浪，從通過所述多個攝像機同時拍攝到的各個圖像中找出相同的波浪并進行對應；三維信息計算單元，其通過對由所述波浪對應單元對應起來的所述圖像中的各波浪進行三維分析，來計算海面的高度和波浪的高度；以及海面異常有無判定單元，其基于由所述三維信息計算單元計算出的海面的高度和波浪的高度，來判定是否發生海面異常，其中，所述波浪提取單元將由所述多個攝像機拍攝到的圖像分割為幾個鄰接的長方形或正方形的小區域，針對包括小區域的左上角、右上角、左下角、右下角這四個角的局部區域，求出用于將圖像進行二值化的閾值，基于關注點所存在的小區域的左上角、右上角、左下角、右下角這四個角的小區域閾值，乘以取決于到四個角的絕對距離的權重系數，來求出用于將關注點進行二值化的閾值。2.根據權利要求1所述的海面測量系統，其特征在于，所述三維信息計算單元計算由所述波浪對應單元對應起來的所述圖像中的各波浪的特征點的三維坐標，基于所計算出的特征點的三維坐標的在高度方向上的平均值，來計算海面的高度。3.根據權利要求2所述的海面測量系統，其特征在于，所述三維信息計算單元基于所述特征點的三維坐標的在高度方向上的方差，來計算波浪的高度。4.根據權利要求1至3中的任一項所述的海面測量系統，其特征在于，所述海面異常有無判定單元通過將沒有發生海面異常的平常時的潮位與考慮由所述三維信息計算單元計算出的波浪的高度而得到的海面的高度進行比較，來判定是否發生海面異常。5.根據權利要求1至3中的任一項所述的海面測量系統，其特征在于，所述多個攝像機為包括攝像機主體、鏡頭以及攝像機固定調節部的兩組以上的攝像機組，所述攝像機固定調節部將所述多個攝像機以能夠調節姿勢的方式固定，所述海面測量系統包括：客戶端計算機，其具有調節所述攝像機主體和所述鏡頭的參數來對攝影進行控制的功能、以及取得通過所述多個攝像機拍攝到的圖像的功能；以及服務器，其具有與所述客戶端計算機通信的通信功能，并具有如下功能：對所述客戶端計算機進行控制，向所述客戶端計算機發送照片拍攝所需要的命令，并從所述客戶端計算機獲取所述攝像機的攝影圖像。6.根據權利要求1至3中的任一項所述的海面測量系統，其特征在于，所述攝像機為遠紅外線攝像機，包括霧影響減輕單元和雨影響減輕單元，所述霧影響減輕單元基于大氣模型，根據太陽光的強度成分、以及與由所述攝像機拍攝到的海洋的圖像的縱向長度線性近似的海面的大氣的透射率分布，來減輕霧對由所述攝
像機拍攝到的圖像的影響，所述雨影響減輕單元使用由所述攝像機連續拍攝到的多張圖像，求出像素的顏色強度的最大值圖像和最小值圖像，應用將最小值圖像作為引導的引導濾波器來對最大值圖像進行處理。7.一種海面測量系統，包括：攝影單元，其通過設置于不同地點處的多個攝像機同時拍攝包括同一海面區域的圖像；波浪提取單元，其從通過所述多個攝像機同時拍攝到的各個圖像中提取波浪；波浪對應單元，其針對由所述波浪提取單元提取出的各波浪，從通過所述多個攝像機同時拍攝到的各個圖像中找出相同的波浪并進行對應；三維信息計算單元，其通過對由所述波浪對應單元對應起...

【專利技術屬性】
技術研發人員：盧存偉，
申請(專利權)人：學校法人福岡工業大學，
類型：發明
國別省市：