基于计算机视觉的海冰识别及参数计算方法研究

作     者：蔡金延 

作者单位：江苏科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：丁仕风;周利

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 08[工学] 0707[理学-海洋科学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 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] 

主      题：海冰识别 实例分割 环向裂纹 圆弧拟合 海冰参数 

摘      要：随着全球气候变暖,北极航道逐渐开通,极地船舶的需求量日益增长,而海冰参数作为极地船舶设计制造过程中的关键参数,其重要程度不言而喻。但是由于极地环境恶劣,冰区图像数据获取十分困难,如何利用有限的数据来高效地获取海冰参数,成为近年来极地船舶工程领域的热门话题。本文以海冰图像识别与参数提取为中心,根据对不同参数物理意义的深入探究和影响因素的仔细分析,进行相应的识别算法选择,进行极地海冰数据集的整理与标注,开展海冰实例分割的模型机器学习,探讨了经典理论模型和参数计算算法,引入了适用于极地环境海冰识别和参数计算的方法。本文首先介绍了实例分割模型的工作原理和网络结构,包括数据集的合理构建,图像特征的有效提取,训练参数的科学设置以及训练结果的准确检验。为准确识别海冰和提取海冰形状特征提供服务。用计算视觉和数字图像处理手段对实例分割结果进行图像处理,对海冰图像进行感兴趣区域提取和二值化处理,并提取楔形冰的环向裂纹,将裂纹上所有坐标点进行存储。考虑到随船观测图像中海冰尺寸不一,提出了适用于海冰环向裂纹拟合的算法,并对环向裂纹拟合结果和破冰参数的计算结构进行了分析和评价。此外,还根据海冰密集度计算需求,对数据集和训练参数进行了优化和改进。结合极地冰区的实拍图像进行了海冰密集度计算和海冰尺寸分布分析,检验了算法的可靠性,为船舶安全航行提供辅助决策。