全天候船舶姿态测量与安全防范技术的研究

摘要

近年来,随着国际间贸易快速发展,全球航运运力变得紧张,造船需求非常旺盛。我国船舶制造业也有了蓬勃发展,已经成为全球重要的造船中心之一。但是我国船舶配套电子设备的市场占有率却非常低。船舶的配套电子设备的核心任务是船舶的安全航行,主要依靠船舶导航、监控、交通安全管理系统等设备的协作。国际上现有的船舶安全交通管理系统主要有自动雷达标绘仪、船舶自动识别系统、以及GPS加电子海图技术,它们大大提高了船舶安全航行的质量,但是由于自身特点的限制,也存在着许多的不足。
　　 本文基于船舶在航海中的安全防范需求,研究以视频自动预警为主的船舶安全交通防范技术,弥补了它们在船舶安防与交通管理上的缺陷,进一步提高了船舶安全航行的质量。在此基础上,采用夜视仪与CCD摄像头复用的技术实现了全天候的安全监控,尤其是在夜间或者能见度较低的恶劣天气状况下依然可以正常运行。
　　 论文首先分析了国内外船舶安全防范相关技术的现状和发展,深入分析了船舶姿态测量与安全防范的技术原理,此后采用TI的OMAP3530技术平台,根据系统设计的需求扩展了船舶姿态信号采集子系统与视频信号采集子系统。其中船舶姿态信号采集子系统可以实时的测量船舶自身的各项姿态信息,并根据一些关键参数还能计算出入侵船舶的目标方位与距离。这些信息对于船舶安防的后续处理至关重要。文中所述视频信号采集子系统利用IAnux下的V4L技术实现了对TVP5146芯片的驱动,从而采集到CCD摄像头或者夜视仪提供的模拟视频信号。然后利用OMAP3处理器强大的双核功能,实现对图像视频的后端处理,实现了对入侵船舶的自动检测、追踪与识别。最后,利用Qt4.6开发工具制作了较为友好的船舶安全交通管理人机界面,实现了整个原理型样机,验证了各项基本功能。
　　 论文设计了一种性能强大、功能齐全的嵌入式船舶安全防范的软硬件平台,并在其上实现了富有特色的人机交互管理界面和基本的船舶安防功能,所实现的系统,具有较好的应用前景和研究参考价值。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外船舶测量与安全管理技术的现状

1.2.1 自动雷达标绘技术

1.2.2 船舶自动识别技术

1.2.3 电子海图技术

1.3 主要研究内容和创新点

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 技术难点分析

1.3.3 主要创新点

1.4 论文的章节安排

第二章 船舶姿态测量与安全防范的技术研究

2.1 船舶姿态测量原理与方法

2.1.1 船舶自身姿态测量

2.1.2 入侵船舶的距离与方位估算

2.2 视频处理基本技术理论在船舶安防领域的应用

2.2.1 图像灰值化

2.2.2 基于灰度直方图的二值分割

2.2.3 图像的腐蚀

2.2.4 中值滤波

2.2.5 目标的入侵检测

2.2.6 目标的分类识别

2.2.7 目标的自动追踪

第三章 开放式多媒体平台处理技术

3.1 OMAP3丌发平台的介绍

3.1.1 OMAP3530 高性能多核心处理器

3.1.2 电源综合管理模块

3.2 Davinci技术与双核开发的机制

3.2.1 Davinci技术

3.2.2 双核开发机制

3.2.3 双核开发方法流程

3.3 基于OMAP3平台的开发环境部署

3.3.1 上位机Linux PC的环境部署

3.3.2 下位机OMAP3530的环境部署

第四章 系统的硬件设计

4.1 需求分析

4.2 系统的总体设计

4.3 OMAP35xEVM电路设计

4.4 视频图像采集的设计

4.4.1 视频信号采集与处理

4.4.2 全天候视频监控

4.5 船舶姿态信号采集的设计

4.6 PCB版图设计

第五章 视觉安防算法的实现

5.1 OMAP3530 ARM核远程调用DSP核算法的实现

5.1.1 xDM算法封装

5.1.2 Codec Engine的应用与实现

5.2 基于差分相乘原理实现动态背景下船舶的入侵检测

5.2.1 算法的设计

5.2.2 算法的实现与流程

5.2.3 算法的结果分析

5.3 基于图像几何特征值的模板匹配分类器实现简单船舶识别

5.3.1 算法的设计

5.3.2 算法的实现与流程

5.3.3 算法的结果分析

5.4 基于CAMSHIFT算法实现船舶的目标追踪

5.4.1 算法的设计

5.4.2 算法的实现与流程

5.4.3 算法的结果分析

第六章 系统的软件设计

6.1 软件设计概述

6.2 主界面的设计

6.2.1 Qt串口通信的实现

6.2.2 姿态数据的采集

6.2.3 主界面的动态绘制与显示

6.3 系统设置界面的设计

6.4 安全防范界面的设计

6.4.1 基于Viedo For Linux 2的视频采集应用

6.4.2 Linux操作系统下TVP5146的驱动实现

6.4.3 OMAP3530显示子系统中视频叠加显示的实现

第七章 系统调试与结果分析

7.1 硬件调试的过程与问题的解决

7.2 软件的调试与结果分析

第八章 总结与展望

8.1 总结

8.2 展望

参考文献

致谢