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申请/专利权人：武汉理工大学三亚科教创新园;湖南大学

摘要：本发明公开了一种基于明暗恢复形状的非接触式波浪测量方法，使用第一相机拍摄置于海上浮体平台上的半球体模型的图像；识别半球体模型的边缘后利用明暗恢复形状法恢复半球体模型的三维形状，得到半球体模型的最高点与底部边缘的高度差z1，将半球体模型的实际半径与z1的比值作为尺寸变换系数；使用第二相机拍摄实际的波面图像，拍摄时控制第二相机与海平面的高度差与第一相机与半球体模型的高度差相同，对波面进行三维形状恢复，计算波面点与平均波面的相对高度差，将相对高度差与尺寸变换系数相乘，得到波面点与平均波面的实际高度差，将实际高度差与波面的三维形状相结合得到波面的真实三维形状；根据波面的真实三维形状计算得到波浪的参数。

主权项：1.一种基于明暗恢复形状的非接触式波浪测量方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：将半球体模型置于海上浮体平台上，使用第一无人机拍摄半球体模型的图像，以第一无人机的光心为原点、光轴为Z轴，将从光心指向半球体模型的方向定义为Z轴的正方向；步骤S2：利用边缘检测方法识别出半球体模型的边缘，采用明暗恢复形状方法SFS对半球体模型进行三维形状恢复，得到半球体模型的最高点与底部边缘在Z轴方向上的高度差z1，将半球体模型的实际半径R与z1的比值作为半球体模型的尺寸变换系数；采用明暗恢复形状方法SFS对半球体模型进行三维形状恢复包括以下步骤：步骤S21：令XOY平面与像平面平行，建立空间直角坐标系，则半球体模型表面的点表示为x,y,z；步骤S22：构造图像照度方程，将其转化为点光源位于无限远处的透视SFS模型，利用快速行进法FMM对其进行迭代求解，对半球体模型的表面进行三维形状恢复；所述图像照度方程的表达式为： 式中，Iu,v为图像在点u,v处的归一化亮度；p,q,-1为半球体模型表面的点x,y,z处的法向量；pL,qL,-1为半球体模型表面的点x,y,z处的光源方向向量，pL、qL为常数；所述点光源位于无限远处的透视SFS模型的表达式为： 式中，u、v为图像上像素点的坐标；F为第一无人机的焦距；所述利用快速行进法FMM对其进行迭代求解，包括以下步骤：步骤S221：将半球体模型的底部边缘点作为源点，设定源点的初始高度为H0＝H-F，其中H为第一无人机的像平面与半球体模型所在平面的垂直高度差；步骤S222：令z0＝H0＝H-F，将SFS模型改写为迭代形式：a1φuk+12+b1φvk+12＝fkφuk,φvk；a1＝I2L2u2+F2；b1＝I2L2v2+F2；fφu,φv＝a2φu2+b2φv2-2cφuφv-2dφu-2eφv-g；a2＝u-FpL2；b2＝v-FqL2；c＝I2L2uv-u-FpLv-FqL；d＝I2L2u-u-FpL；e＝I2L2v-v-FqL；g＝I2L2-1；其中，I＝Iu,v；φ＝lnz，k为迭代次数；步骤S223：使用快速行进法FMM对SFS模型进行迭代求解，得到半球体模型上每一个点的φ值： 式中，φ1、φ2为第k+1次迭代中点i,j在x方向和y方向的相邻两个点中高度已经更新且高度较小的点的高度值；步骤S224：计算每一个点的z＝eφ，得到各点的相对高度值；步骤S3：使用第二无人机拍摄实际的波面图像，拍摄时控制第二无人机与海平面的高度差与第一无人机与半球体模型的高度差相同，对波面进行三维形状恢复，得到波面图像中每个点与平均波面在Z轴方向上的相对高度差，将所述相对高度差与尺寸变换系数相乘，得到波面图像中每个点与平均波面的实际高度差，将所述实际高度差与波面的三维形状相结合得到波面的真实三维形状；步骤S4：根据波面的真实三维形状计算得到波浪的参数。

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