基于图像处理的舰船光学尾迹监测系统设计
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ZHU Ming-xiu (Guangxi Vocational College of Technology and Business, Nanning 530008, China)
Abstract: With the continuous development and progress of science and technology, the reconnaissance of warship optical trails can become more accurate. Through image processing technology, continuous imaging of scenes can be performed from different perspectives during the high-speed navigation of ships and rapid identification of warships. The change characteristics of the ship's wake, thus enhancing the recognition ability of the entire monitoring system, this article focuses on the discussion of the optical ship's optical wake image information collection working mode and acquisition technology, and the data processing and algorithm of the image processing unit's information acquisition system. The optimization improves the monitoring range of the wake image, and at the same time greatly improves the speed of signal transmission and reduces the external disturbances.
关键词：尾迹；监测；图像处理
中图分类号：TP391 文献标识码：A
文章编号： 1672 – 7649(2018)8A – 0166 – 03
doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2018.8A.056
Design of ship's optical trail monitoring system based on image processing
在对舰船光学尾迹进行监测的过程中，其基本原 理分为 3 个环节：
1）图像传感器准备阶段。此时，需要对船舶的航 行轨迹进行预测和航速判断，然后结合具体的海洋航
行环境，对光学尾迹的图像进行收集[1 – 2]。 2）图像拍摄阶段。要借助控制信号对舰船的光学
摄像头拍摄角度进行路线和序列成像的操作，在这个 过程中，要保证在有效条件下完成图像地面接收站的 基本处理工作，利用船载的图像模块进行统一控制， 从而一定程度上及时监测到航迹的变化。
第 40 卷
朱明秀：基于图像处理的舰船光学尾迹监测系统设计
· 167 ·
需要注意的是，在对三维测量以及重建过程进行 分析的同时，要对其基本参数予以判定。
2 基于图像处理的尾迹监测技术
在对尾迹图像数据进行重建时，要将所采集的多 个图像数据所重叠覆盖的区域进行时序识别，并在监 测系统中设置相应的管理和系统化分析模块，通过结 合三维结构信息参数建立对应的船舶尾迹光学分析体 系，在生成尾迹特征函数的同时，还需要集成船舶的 导航定位信息监督和控制点信息，从而保证尾迹位置 测量的准确度，减少监测误差。
3）对拍摄图像进行信息处理。对于监测系统而 言，监测系统图像的核心是光学图像的数字化处理过 程，要利用二维图像识别以及判定，建立相应的数据 框架，并且结合成像过程的相机角度、定位结构、定 姿信息等形成三维重建操作，最终识别出尾迹的 特征。
收稿日期: 2018 – 06 – 06 作者简介: 朱明秀 (1970 – )，女，副教授，主要从事图像处理研究。
Key words: wake；monitoring；image processing
0 引 言
在对舰船光学尾迹信息进行采集监控的研究过程 中，一般会采用数学方法和图像特征识别方法对其特 征信息进行识别。本文首先讲述了对光学尾迹图像的 数据收集和重建过程，然后采用数学模型对监测系统 进行优化。
1 舰船光学尾迹 2018 年 8 月
舰船科学技术 SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY
Vol. 40, No. 8A Aug. , 2018
基于图像处理的舰船光学尾迹监测系统设计
朱明秀 (广西工商职业技术学院，广西 南宁 530008)
摘 要: 随着科学技术的不断发展和进步，舰船光学尾迹的侦察可以变得更加精确，而通过图像处理技术可 以在船舶高速航行的过程中，从不同视角进行场景的连续成像，快速辨识舰船尾迹的变化特征，从而提高整个监测 系统的识别能力。本文重点对舰船光学尾迹图像信息采集工作模式和采集技术展开讨论，并对图像处理单元信息采 集系统的数据处理与算法进行优化，提高了尾迹图像的监测范围，同时也大大改善了信号传输的速度，降低了外部 带来的干扰。
除此之外，在三维图像重建工作中，首先经过舰 船的尾迹识别，然后通过光学图像模块进行数字化处 理后，传输到图像处理中心，进行统一的管理和优化 控制，最终实现快速高效的尾迹监测，信息采集流程 如图 1 所示。
图 1 信息采集流程 Fig. 1 Information collection process
要想完成光学尾迹的三维重建，需要对关键帧图 像进行选择，尤其是对基准轨迹和常见图像的分析， 要确保轨迹图像重叠区域的完整性。在对关键帧自动 选取的过程中，要保证时间上的连续性和区域上的重 叠性，完善三维重建工作后，就能满足成像相对位置 的要求[3 – 5]。
Abstract: With the continuous development and progress of science and technology, the reconnaissance of warship optical trails can become more accurate. Through image processing technology, continuous imaging of scenes can be performed from different perspectives during the high-speed navigation of ships and rapid identification of warships. The change characteristics of the ship's wake, thus enhancing the recognition ability of the entire monitoring system, this article focuses on the discussion of the optical ship's optical wake image information collection working mode and acquisition technology, and the data processing and algorithm of the image processing unit's information acquisition system. The optimization improves the monitoring range of the wake image, and at the same time greatly improves the speed of signal transmission and reduces the external disturbances.
关键词：尾迹；监测；图像处理
中图分类号：TP391 文献标识码：A
文章编号： 1672 – 7649(2018)8A – 0166 – 03
doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2018.8A.056
Design of ship's optical trail monitoring system based on image processing
在对舰船光学尾迹进行监测的过程中，其基本原 理分为 3 个环节：
1）图像传感器准备阶段。此时，需要对船舶的航 行轨迹进行预测和航速判断，然后结合具体的海洋航
行环境，对光学尾迹的图像进行收集[1 – 2]。 2）图像拍摄阶段。要借助控制信号对舰船的光学
摄像头拍摄角度进行路线和序列成像的操作，在这个 过程中，要保证在有效条件下完成图像地面接收站的 基本处理工作，利用船载的图像模块进行统一控制， 从而一定程度上及时监测到航迹的变化。
第 40 卷
朱明秀：基于图像处理的舰船光学尾迹监测系统设计
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需要注意的是，在对三维测量以及重建过程进行 分析的同时，要对其基本参数予以判定。
2 基于图像处理的尾迹监测技术
在对尾迹图像数据进行重建时，要将所采集的多 个图像数据所重叠覆盖的区域进行时序识别，并在监 测系统中设置相应的管理和系统化分析模块，通过结 合三维结构信息参数建立对应的船舶尾迹光学分析体 系，在生成尾迹特征函数的同时，还需要集成船舶的 导航定位信息监督和控制点信息，从而保证尾迹位置 测量的准确度，减少监测误差。
3）对拍摄图像进行信息处理。对于监测系统而 言，监测系统图像的核心是光学图像的数字化处理过 程，要利用二维图像识别以及判定，建立相应的数据 框架，并且结合成像过程的相机角度、定位结构、定 姿信息等形成三维重建操作，最终识别出尾迹的 特征。
收稿日期: 2018 – 06 – 06 作者简介: 朱明秀 (1970 – )，女，副教授，主要从事图像处理研究。
Key words: wake；monitoring；image processing
0 引 言
在对舰船光学尾迹信息进行采集监控的研究过程 中，一般会采用数学方法和图像特征识别方法对其特 征信息进行识别。本文首先讲述了对光学尾迹图像的 数据收集和重建过程，然后采用数学模型对监测系统 进行优化。
1 舰船光学尾迹 2018 年 8 月
舰船科学技术 SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY
Vol. 40, No. 8A Aug. , 2018
基于图像处理的舰船光学尾迹监测系统设计
朱明秀 (广西工商职业技术学院，广西 南宁 530008)
摘 要: 随着科学技术的不断发展和进步，舰船光学尾迹的侦察可以变得更加精确，而通过图像处理技术可 以在船舶高速航行的过程中，从不同视角进行场景的连续成像，快速辨识舰船尾迹的变化特征，从而提高整个监测 系统的识别能力。本文重点对舰船光学尾迹图像信息采集工作模式和采集技术展开讨论，并对图像处理单元信息采 集系统的数据处理与算法进行优化，提高了尾迹图像的监测范围，同时也大大改善了信号传输的速度，降低了外部 带来的干扰。
除此之外，在三维图像重建工作中，首先经过舰 船的尾迹识别，然后通过光学图像模块进行数字化处 理后，传输到图像处理中心，进行统一的管理和优化 控制，最终实现快速高效的尾迹监测，信息采集流程 如图 1 所示。
图 1 信息采集流程 Fig. 1 Information collection process
要想完成光学尾迹的三维重建，需要对关键帧图 像进行选择，尤其是对基准轨迹和常见图像的分析， 要确保轨迹图像重叠区域的完整性。在对关键帧自动 选取的过程中，要保证时间上的连续性和区域上的重 叠性，完善三维重建工作后，就能满足成像相对位置 的要求[3 – 5]。