基于U-net卷积神经网络图像分割的波浪测量方法

作     者：任志伟 陈松贵 王收军 王佳伟 Ren Zhiwei;Chen Songgui;Wang Shoujun;Wang Jiawei

作者机构：天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心天津300384 交通运输部天津水运工程科学研究院港口水工建筑技术国家工程实验室天津300456 

出 版 物：《中国海洋大学学报（自然科学版）》 (Periodical of Ocean University of China)

年 卷 期：2022年第52卷第9期

页      面：125-132页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52001149,52039005,51861165102) 中国科协青年人才托举工程(2018QNRC001) 中央级公益性科研院所基本科研业务费(TKS20200402,TKS20200204,TKS20200203) 天津市科技计划项目(17PTYPHZ00080)资助 

主　　题：U-net卷积神经网络 阈值分割 图像分割 波高 周期 

摘      要：针对水体运动导致电子传感装置测量结果准确性下降的问题和阈值分割法无法在光照场景下测量波面的问题,文章提出了一种基于U-net卷积神经网络的波浪测量方法。实验过程首先由高清摄像机录制水槽中的波浪运动过程,将视频处理成时间连续的波面图像,其次通过U-net卷积神经网络对波面图像进行图像分割并提取水位线数据信息,最后求出波高和周期。以像素识别结果为基准,将本研究方法的测量结果与波高传感器的测量结果进行误差对比,结果表明U-net卷积神经网络的相对误差最大为2.25%,而传感器误差最大为4.15%,且实验组中U-net卷积神经网络测得平均波高的相对误差均在2.5%以内,平均周期的误差都低于1%。因此,基于U-net卷积神经网络的测量方法可用于实验室的波浪测量。