对轮船进行联动跟踪的方法、装置、电子设备及存储介质与流程

1.本公开属于轮船跟踪技术领域，具体涉及对轮船进行联动跟踪的方法、装置、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.船舶自动识别系统(automatic identification system，简称ais)，是指一种应用于船和岸、船和船之间的海事安全与通信的新型助航系统。随着国际海事组织(international maritime organization，简称imo)的强制性公约，ais设备得到广泛应用，轮船的ais发出的信号能提供船名、船长、船宽、船型等静态信息以及轮船位置、航向、艏向和航速等动态信息。
3.轮船在航行时，其运动是一个连续的过程，但是轮船的ais信号报位是一个离散的过程，即轮船的ais设备每间隔一定的时间发出一个ais信号报位，另外轮船的ais信号报位受到地形天气以及轮船本身的影响，在一些信号比较弱的地方，ais信号报位会产生时断时续的现象。如果按照收到一个ais信号报位，然后解析ais信号报位中的轮船位置，再调用跟踪单元去跟踪轮船，就会有比较大的迟钝感，有的时候跟踪单元甚至捕捉不到轮船。


技术实现要素：

4.本公开提供了一种对轮船进行联动跟踪的方法、装置、电子设备及存储介质，旨在解决现有技术中跟踪单元仅通过轮船的ais信号报位信息，无法准确的对轮船进行跟踪的问题。
5.为了解决上述技术问题，本公开所采用的技术方案为：
6.第一方面，本公开提供了一种对轮船进行联动跟踪的方法，包括：
7.接收待跟踪轮船的ais信号报位信息，所述ais信号报位信息包括报位位置；
8.根据所述ais信号报位信息，采用拟合插值法在报位位置中插入插值位置，拟合报位位置和插值位置形成待跟踪轮船的航行轨迹；
9.根据所述待跟踪轮船的航行轨迹跟踪所述待跟踪轮船。
10.优选地，所述ais信号报位信息还包括：报位时间、航速、航向和艏向。
11.报位时间和航速是根据航行轨迹计算待跟踪轮船的预测位置的信息，航向和艏向是判断具体采用哪种拟合插值法的信息。
12.优选地，采用拟合插值法在报位位置中插入插值位置，拟合报位位置和插值位置形成待跟踪轮船的航行轨迹的步骤，包括：
13.判断所述待跟踪轮船的航向和艏向是否一致；
14.若所述待跟踪轮船的航向与艏向一致，则采用线性插值法在报位位置中插入插值位置，拟合报位位置和插值位置形成待跟踪轮船的航行轨迹；
15.若所述待跟踪轮船的航向与艏向不一致，则采用二次曲线插值法在报位位置中插入插值位置，拟合报位位置和插值位置形成待跟踪轮船的航行轨迹。
16.采用拟合插值法拟合报位位置和插值位置形成的待跟踪轮船的航行轨迹是一条连续的曲线或直线轨迹，跟踪单元能够根据航行轨迹对待跟踪轮船进行准确、平滑地跟踪。当待跟踪轮船的航向和艏向一致时，轮船通常做直线运动，此时采用线性插值法计算插值位置，具有计算简单、方便的优点。当待跟踪轮船的航向和艏向不一致时，轮船通常做转弯运动，此时采用二次曲线插值法计算插值位置，计算结果误差较小。
17.优选地，当根据所述待跟踪轮船的航行轨迹跟踪所述待跟踪轮船时，
18.获取包含所述待跟踪轮船的图像；
19.采用图像识别方法在图像中识别出待跟踪轮船的识别位置；
20.根据所述识别位置与所述航行轨迹的预测位置，判断跟踪单元是否产生偏差；
21.若跟踪单元产生偏差，则计算出跟踪单元偏差的角度，并修正所述跟踪单元偏差的角度；
22.若跟踪单元未产生偏差，则不修正所述跟踪单元。
23.由于跟踪单元根据航行轨迹的预测位置，对轮船进行跟踪可能会产生偏差，甚至捕获不到轮船，因此对于所获取的包含待跟踪轮船的图像，采用图像识别方法识别出轮船的识别位置，此时，识别位置相对于预测位置更加准确，根据识别位置对跟踪单元的偏差的角度进行修正，使跟踪单元能够准确地对待跟踪轮船进行跟踪。结合拟合插值法和图像识别方法，使得跟踪单元能够平滑的转动，准确跟踪待跟踪轮船。
24.第二方面，本公开提供了一种对轮船进行联动跟踪的装置，包括：
25.信号接收单元，用于接收待跟踪轮船的ais信号报位信息，所述ais信号报位信息包括报位位置；
26.信号处理单元，用于根据所述ais信号报位信息，采用拟合插值法在报位位置中插入插值位置，拟合报位位置和插值位置形成待跟踪轮船的航行轨迹；
27.跟踪单元，用于根据所述待跟踪轮船的航行轨迹跟踪所述待跟踪轮船。
28.优选地，所述ais信号报位信息还包括：报位时间、航速、航向和艏向。
29.优选地，采用拟合插值法在报位位置中插入插值位置，拟合报位位置和插值位置形成待跟踪轮船的航行轨迹的步骤，包括：
30.判断所述待跟踪轮船的航向和艏向是否一致；
31.若所述待跟踪轮船的航向与艏向一致，则采用线性插值法在报位位置中插入插值位置，拟合报位位置和插值位置形成待跟踪轮船的航行轨迹
32.若所述待跟踪轮船的航向与艏向不一致，则采用二次曲线插值法在报位位置中插入插值位置，拟合报位位置和插值位置形成待跟踪轮船的航行轨迹。
33.优选地，对轮船进行联动跟踪的装置，还包括：
34.位置识别单元，用于获取包含所述待跟踪轮船的图像；并采用图像识别方法在图像中识别出待跟踪轮船的识别位置；
35.位置修正单元，用于根据所述识别位置与所述航行轨迹的预测位置，判断跟踪单元是否产生偏差；若跟踪单元产生偏差，则计算出跟踪单元偏差的角度，并修正所述跟踪单元偏差的角度；若跟踪单元未产生偏差，则不修正所述跟踪单元。
36.第三方面，本公开提供了一种电子设备，包括：
37.处理器，用于存储处理器可执行指令的存储器；
38.其中，所述处理器被配置为执行第一方面中任一所述的对轮船进行联动跟踪的方法。
39.第四方面，本公开提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行第一方面中任一所述的对轮船进行联动跟踪的方法。
40.本公开的有益效果为：本公开通过采用拟合插值法在轮船的报位位置中插入插值位置，并拟合报位位置和插值位置形成待跟踪轮船的航行轨迹。采用拟合插值法形成的待跟踪轮船的航行轨迹是一条连续的直线或曲线轨迹，使得跟踪单元能够根据航行轨迹提前转动并对准轮船的预测位置，并对待跟踪轮船进行准确、平滑地跟踪。同时由于跟踪单元能够提前转动并对准轮船的预测位置，因此在对轮船进行跟踪时还可以提高放大倍率，能够将待跟踪轮船看得更清楚。
附图说明
41.为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简要介绍，应当理解，以下附图仅示出了本公开的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关附图。
42.图1是本公开的对轮船进行联动跟踪的方法的流程示意图。
43.图2是本公开的判断采用线性插值法或二次曲线插值法的流程示意图。
44.图3是本公开的采用图像识别方法对跟踪单元的偏差进行修正的流程示意图。
45.图4是本公开的线性插值法的示意图。
46.图5是本公开的二次曲线插值法的示意图。
47.图6是本公开的跟踪单元观测画面的水平偏差角度的示意图。
48.图7是本公开的跟踪单元观测画面的垂直偏差角度的示意图。
具体实施方式
49.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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。
50.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中”、“上”、“下”、“横”、“内”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
51.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明
中的具体含义。本公开中，步骤前的编号并非对顺序的限定，在不冲突的情况下也可以调换顺序。
52.实施例一：
53.参阅图1，本实施例提供了一种对轮船进行联动跟踪的方法，包括：
54.s100、接收待跟踪轮船的ais信号报位信息，所述ais信号报位信息包括报位位置；
55.s200、根据所述ais信号报位信息，采用拟合插值法在报位位置中插入插值位置，拟合报位位置和插值位置形成待跟踪轮船的航行轨迹；
56.s300、根据所述待跟踪轮船的航行轨迹跟踪所述待跟踪轮船。
57.在上述方案的基础上，所述ais信号报位信息还包括：报位时间、航速、航向和艏向。
58.其中，报位时间和航速是根据航行轨迹计算待跟踪轮船的预测位置的信息，航向和艏向是判断具体采用哪种拟合插值法的信息。
59.其中，拟合插值法是指在报位位置中插入插值位置，拟合报位位置和插值位置形成一条关于待跟踪轮船航行轨迹的平滑的直线或曲线。
60.其中，采用拟合插值法的目的是根据航行轨迹可提前预测出待跟踪轮船的预测位置，并转动跟踪单元提前对准预测位置，使得跟踪单元在轮船ais信号比较弱，或者轮船ais信号报位少的地方也能跟踪轮船，跟踪单元可以是云台等设备。
61.在上述方案的基础上，参阅图2，采用拟合插值法在报位位置中插入插值位置，拟合报位位置和插值位置形成待跟踪轮船的航行轨迹的步骤，包括：
62.判断所述待跟踪轮船的航向和艏向是否一致；
63.若所述待跟踪轮船的航向与艏向一致，则采用线性插值法在报位位置中插入插值位置，拟合报位位置和插值位置形成待跟踪轮船的航行轨迹；
64.若所述待跟踪轮船的航向与艏向不一致，则采用二次曲线插值法在报位位置中插入插值位置，拟合报位位置和插值位置形成待跟踪轮船的航行轨迹。
65.下面结合图4对线性插值法进一步举例说明：
66.由于轮船航向与艏向一致，轮船的航行轨迹可看成一条直线，直线方程为：y＝mx n。此时，通过确定轮船的两个ais报位的报位位置，转化为坐标即可求出m，n的值，并确定该直线方程，确定了直线方程，就确定了轮船的航行轨迹。若要求出待跟踪轮船没有ais信号报位的t0时间的预测位置，可采用线性插值法，根据轮船的速度v1，和距离上一个报位的时间t1，计算出轮船行驶的路程，代入直线方程中进行坐标转化即可得出轮船在t0时间的预测位置。
67.下面结合图5对二次曲线插值法进一步举例说明：
68.轮船航向与艏向不一致的时候往往是轮船转弯的时候，轮船转弯的航行轨迹曲线形如一条抛物线。抛物线的方程为：y＝ax2 bx c，此时利用最小二乘法，通过多个轮船的ais报位的轮船位置，转化为坐标来求出抛物线，将a，b，c看成是自变量，通过不断调整a，b，c三个数的值，使抛物线最接近轮船实际航行的曲线。求出a，b，c之后即可确定轮船的航行轨迹。若要求出待跟踪轮船没有ais信号报位的t2时间的预测位置，可采用插值法。例如采用线性插值法时，根据轮船的速度v2，和距离上一个报位的时间t3，计算出轮船行驶的路程，代入抛物线方程中，按照抛物线在时间t2的点的斜率，进行坐标转化即可得出轮船在t2
时间的预测位置。
69.实施例二：
70.在上述实施例的基础上，参阅图3，当根据所述待跟踪轮船的航行轨迹跟踪所述待跟踪轮船时，
71.s311、获取包含所述待跟踪轮船的图像；
72.s321、采用图像识别方法在图像中识别出待跟踪轮船的识别位置；
73.s331、根据所述识别位置与所述航行轨迹的预测位置，判断跟踪单元是否产生偏差；
74.s341、若跟踪单元产生偏差，则计算出跟踪单元偏差的角度，并修正所述跟踪单元偏差的角度；
75.s351、若跟踪单元未产生偏差，则不修正所述跟踪单元。
76.其中，跟踪单元可以是云台等设备。
77.其中，预测位置是指根据航行轨迹预测出的下一个时间点的待跟踪轮船在海面上的位置，跟踪单元可根据预测位置提前转动，使跟踪单元的视场角的中心对准预测位置。
78.识别位置是指跟踪单元在对待跟踪轮船进行跟踪时，跟踪单元的摄像头所识别出来的待跟踪轮船在海面上的位置，此时，识别位置相对于预测位置更加准确。
79.其中，偏差包括水平偏差和垂直偏差。
80.其中，包含待跟踪轮船的图像是指包含待跟踪轮船以及待跟踪轮船所处的背景的图像。
81.下面结合图6对水平偏差进一步举例说明：
82.云台的水平视场角为β1，根据航行轨迹计算得到的轮船的预测位置理论上位于β1的角平分线上的a1点，此时云台通过图像识别方法识别出的轮船的识别位置可能位于b1点，b1点与云台的连线跟a1点与云台的连线所形成的夹角α1即为水平偏差角度，水平偏差角度计算公式为：
83.其中，x为轮船在云台的观测画面中的识别位置与预测位置之间的水平像素偏差，x的具体值可根据观测画面计算得出，1920为云台的观测画面的水平像素值。
84.下面结合图7对垂直偏差进一步举例说明：
85.云台的垂直视场角为β2，根据航行轨迹计算得到的轮船的预测位置理论上位于β2的角平分线上的a2点，此时云台通过图像识别方法识别出的轮船的识别位置可能位于b2点，b2点与云台的连线跟a2点与云台的连线所形成的夹角α2即为垂直偏差角度，垂直偏差角度计算公式为：
86.其中，y为轮船在云台的观测画面中的识别位置与预测位置之间的垂直像素偏差，y的具体值可根据观测画面计算得出，1080为云台的观测画面的垂直像素值。
87.在上述方案的基础上，所述图像识别方法包括：
88.根据所述图像查找出轮船区域，对所述轮船区域进行特征提取，获取所述轮船区
域对应的边缘特征和区域特征；
89.根据所述边缘特征和所述区域特征计算出所述待跟踪轮船在所述图像中的占比特征值，对所述占比特征值和标准特征值进行相关性分析得到相关性分析值；
90.根据所述相关性分析值识别出包含待跟踪轮船的特征框体，对所述特征框体进行图像变换，获得所述待跟踪轮船的识别位置。
91.其中，轮船区域是指待跟踪轮船在图像中所占的区域。
92.其中，边缘特征是指待跟踪轮船在图像中的外边界区别于其它背景的特征。
93.其中，区域特征是指待跟踪轮船在图像中所占的区域的特征。
94.其中，对轮船区域的查找包括：
95.s411、对采集的包含轮船的图像进行二值化处理：
[0096][0097]
其中，i(x，y)为图像在(x，y)位置的灰度值，thresh为预设阈值，f(x，y)为二值化后的图像在(x，y)位置的灰度值；
[0098]
s421、对二值化后的图像进行像素点分割，得到ξ＝m
×
n个像素点；
[0099]
其中，m为图像横向像素个数，n为图像纵向像素个数；
[0100]
s431、对像素点分割后的图像分别进行取反与直方图均衡化操作，从而获得m
×
n像素大小的预处理的包含轮船的图像；
[0101]
s441、对预处理的包含轮船的图像内的像素点进行逐像素滑窗，并计算每个像素点的局部对比度，进而计算全图的加权局部对比度；
[0102]
其中，每个像素点的局部对比度计算公式为：
[0103][0104]
其中，dh(x，y)为位于(x，y)位置像素点的局部对比度，fs(x，y)为位于(x，y)位置像素点的二值化后灰度均值，f(xc，yc)为像素点的二值化后灰度阈值；
[0105]
其中，全图的加权局部对比度计算公式为：
[0106][0107]
其中，ra
t
为全图的加权局部对比度，m为横向权重，h为纵向权重，x
i-1
为第i-1个跟踪单元与轮船位置的距离，
[0108]
s451、通过对所述加权局部对比度进行阈值分割即可提取出目标，进而查找并识别出轮船区域。阈值分割计算公式为：
[0109][0110]
其中，fi为阈值分割值，n＝x
×
y。
[0111]
其中，所述占比特征值的计算公式为：
[0112][0113]
其中，si为占比特征值，m为轮船区域像素点个数，n为整个图像像素点个数，k为第k个像素点；l
opt，i
(xk)＝η{(x
k-x
k-1
)
2-0.43(x
k-x
k-1
) 0.94}；η为评价系数；xk为边缘特征值或区域特征值；
[0114]
标准特征值计算公式为：
[0115][0116]
相关性分析值计算公式为：
[0117][0118]
其中，covi为第i个相关性分析值，i＝1，2
…
n，n为整个图像像素点个数，si为占比特征值，为标准特征值。
[0119]
其中，对待跟踪轮船进行图像变换，包括对待跟踪轮船图像进行倍率放大和扩大视场角。
[0120]
实施例三：
[0121]
本实施例提供了一种对轮船进行联动跟踪的装置，用于对实施例一或实施例二所述的对轮船进行联动跟踪的方法的运行，包括：
[0122]
信号接收单元，用于接收待跟踪轮船的ais信号报位信息，所述ais信号报位信息包括报位位置；
[0123]
信号处理单元，用于根据所述ais信号报位信息，采用拟合插值法在报位位置中插入插值位置，拟合报位位置和插值位置形成待跟踪轮船的航行轨迹；
[0124]
跟踪单元，用于根据所述待跟踪轮船的航行轨迹跟踪所述待跟踪轮船。
[0125]
在上述方案的基础上，所述ais信号报位信息还包括：报位时间、航速、航向和艏向。
[0126]
在上述任一方案的基础上，采用拟合插值法在报位位置中插入插值位置，拟合报位位置和插值位置形成待跟踪轮船的航行轨迹的步骤，包括：
[0127]
判断所述待跟踪轮船的航向和艏向是否一致；
[0128]
若所述待跟踪轮船的航向与艏向一致，则采用线性插值法在报位位置中插入插值位置，拟合报位位置和插值位置形成待跟踪轮船的航行轨迹；
[0129]
若所述待跟踪轮船的航向与艏向不一致，则采用二次曲线插值法在报位位置中插入插值位置，拟合报位位置和插值位置形成待跟踪轮船的航行轨迹。
[0130]
在上述任一方案的基础上，对轮船进行联动跟踪的装置还包括：
[0131]
位置识别单元，用于获取包含所述待跟踪轮船的图像；并采用图像识别方法在图像中识别出待跟踪轮船的识别位置；
[0132]
位置修正单元，用于根据所述识别位置与所述航行轨迹的预测位置，判断跟踪单元是否产生偏差；若跟踪单元产生偏差，则计算出跟踪单元偏差的角度，并修正所述跟踪单元偏差的角度；若跟踪单元未产生偏差，则不修正所述跟踪单元。
[0133]
实施例四：
[0134]
本实施例提供了一种电子设备，包括：
[0135]
处理器，用于存储处理器可执行指令的存储器；
[0136]
其中，所述处理器被配置为执行实施例一或实施例二中所述的对轮船进行联动跟踪的方法。
[0137]
其中，具体举例的，所述存储器可以但不限于包括随机存取存储器(random-access memory，ram)、只读存储器(read-only memory，rom)、闪存(flash memory)、先进先出存储器(first input first output，fifo)和/或先进后出存储器(first input last output，filo)等；所述处理器可以不限于采用型号为stm32f105系列的微处理器；所述收发器可以但不限于为无线保真(wireless fidelity，wifi)、无线收发器、蓝牙无线收发器、通用分组无线服务技术(general packet radio service，gprs)无线收发器和/或紫蜂协议(zigbee)无线收发器等。此外，所述一种电子设备还可以但不限于包括有电源模块、显示屏和其它必要的部件。
[0138]
本公开提供的一种电子设备的工作过程、工作细节和技术效果，可以参照上述实施例一或实施例二中所述的对轮船进行联动跟踪的方法，不再赘述。
[0139]
实施例五：
[0140]
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如实施例一或实施例二中所述的对轮船进行联动跟踪的方法。
[0141]
其中，所述计算机可读存储介质是指存储数据的载体，可以但不限于包括软盘、光盘、硬盘、闪存、优盘和/或记忆棒(memory stick)等，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。
[0142]
本公开提供的前述计算机可读存储介质的工作过程、工作细节和技术效果，可以参照上述实施例一或实施例二中所述的对轮船进行联动跟踪的方法，于此不再赘述。
[0143]
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。