李 山， 李 曄

（1. 上海交通大學(xué) 船舶海洋與建筑工程學(xué)院，上海 200240；2. 上海交通大學(xué) 海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200240）

引 言

波面的特性如波高、方向、表面坡度等數(shù)據(jù)的獲取，不僅在工程應(yīng)用上決定了近海岸及近岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在機(jī)理研究上對(duì)理解空氣和水界面的動(dòng)量、質(zhì)量和傳熱也起著至關(guān)重要的作用[1-2]，同時(shí)波浪的精確測(cè)量在一定程度上也指導(dǎo)和驗(yàn)證了波浪理論的發(fā)展及數(shù)值模型的建立[3-7]，因此如何精確地獲取時(shí)空連續(xù)的波浪數(shù)據(jù)一直是研究熱點(diǎn).Krogstad 和Barstow[8]及Tucker 和Pitt[9]對(duì)現(xiàn)有的波面測(cè)量技術(shù)作了比較全面的總結(jié)，傳統(tǒng)的測(cè)量方法一般是基于傳感器感應(yīng)波浪的變化，如浪高儀和浮標(biāo)等由于測(cè)量精度高，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在水波的測(cè)量中，然而這類測(cè)量?jī)x器存在不可忽略的弊端：1） 單點(diǎn)測(cè)量只能獲取空間離散點(diǎn)的數(shù)據(jù)；2） 傳感器浸入在測(cè)量區(qū)域內(nèi)會(huì)干擾表面波的運(yùn)動(dòng)[10]；3） 為降低干擾，多個(gè)測(cè)量?jī)x之間須保持一定距離，這就會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)在空間上的不連續(xù)，從而影響對(duì)波浪的分析.

為解決設(shè)備對(duì)波面的干擾，非接觸式測(cè)量技術(shù)如聲學(xué)測(cè)波儀、雷達(dá)[11]、衛(wèi)星遙感技術(shù)[12-14]、激光技術(shù)[15]等應(yīng)運(yùn)而生.然而隨著幾十年的研究和應(yīng)用，上述技術(shù)更多應(yīng)用于海浪觀測(cè)領(lǐng)域，運(yùn)行成本高，測(cè)量精度受安裝和測(cè)量環(huán)境影響，且短時(shí)間內(nèi)難以替代傳統(tǒng)的測(cè)量方法.因此，如何精確地獲取瞬時(shí)的三維波面特性至今仍然是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題.隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，近距離波面的光學(xué)測(cè)量技術(shù)取得了顯著的進(jìn)展，其中以立體視覺(jué)為基礎(chǔ)的測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛[16-20].例如，Gomit 等[21]通過(guò)分析光在波面的折射、反射等自然特征對(duì)自由波面進(jìn)行了測(cè)量；Gomit 等[22]、Engelen 等[23]、Wang 等[24]在波面投射激光圖案，通過(guò)圖案隨波動(dòng)的變化來(lái)分析波面的高度；Chatellier 等[25]在水面播撒粒子漂浮物、Chabchoub 等[26]在水面放置網(wǎng)狀漂浮物來(lái)獲取波面信息，從而對(duì)波浪傳播、波浪演化等物理問(wèn)題進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究.相比于傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)量技術(shù)，光學(xué)測(cè)量的優(yōu)勢(shì)在于：1） 能同時(shí)獲取瞬時(shí)波面的三維信息；2） 非浸入式的測(cè)量方法對(duì)波面無(wú)干擾.然而，由于水介質(zhì)的透光性，以及對(duì)光的折射和反射特性，通常需要附加設(shè)備來(lái)增強(qiáng)光照或者減弱自然光的影響，較高的測(cè)量精度同時(shí)也意味著更為嚴(yán)苛的測(cè)量環(huán)境和實(shí)驗(yàn)條件.此外，現(xiàn)有的技術(shù)通常無(wú)法適用于大范圍的海面測(cè)量，大多數(shù)的研究還是局限于實(shí)驗(yàn)室、小尺度（<1 m）的范圍內(nèi).

當(dāng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)遇到瓶頸時(shí)，我們需要通過(guò)研究新的數(shù)據(jù)處理方法或算法來(lái)尋求突破.進(jìn)入21 世紀(jì)以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度加快，大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為代表的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)浪潮又一次出現(xiàn)，這為很多相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了全新的思路，尤其是卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在圖像處理方面的優(yōu)異表現(xiàn)更是促進(jìn)了以光學(xué)測(cè)量為代表的測(cè)量技術(shù)的發(fā)展[27-31].同時(shí)，數(shù)據(jù)同化[32]、數(shù)據(jù)融合等技術(shù)的發(fā)展不斷對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法進(jìn)行挑戰(zhàn)，多學(xué)科交叉融合正成為新的研究熱點(diǎn).

因此本文基于立體視覺(jué)原理，自主搭建雙目測(cè)量系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)大范圍單向規(guī)則波面進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)量，該測(cè)量系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、易于實(shí)施，無(wú)需額外的附加設(shè)備，大大降低了實(shí)驗(yàn)成本.在波面圖像數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，本文將波浪理論作為先驗(yàn)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)了瞬時(shí)波面的識(shí)別和三維空間重構(gòu).該方法突破了傳統(tǒng)測(cè)量設(shè)備的單點(diǎn)測(cè)量局限性，并改進(jìn)了以往僅僅依賴圖像分析的光學(xué)測(cè)量方法，理論與試驗(yàn)研究相結(jié)合，為波面的光學(xué)測(cè)量提供了新的思路.

1 立體視覺(jué)測(cè)量方法及改進(jìn)

1.1 測(cè)量原理

雙目立體視覺(jué)技術(shù)是機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的一種重要形式，相關(guān)的開(kāi)創(chuàng)性工作始于20 世紀(jì)60 年代中期，美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）的Roberts[33]在他的博士論文中討論了從二維圖像中提取三維幾何信息的可能性，隨后MIT 及其他人工智能領(lǐng)域的研究者們對(duì)這一問(wèn)題繼續(xù)開(kāi)展了研究.到20 世紀(jì)70 年代，Marr[34]從計(jì)算機(jī)科學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，融合了數(shù)學(xué)、心理物理學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)，首創(chuàng)了視覺(jué)計(jì)算理論，極大地推動(dòng)了雙目立體視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展，到目前為止，立體視覺(jué)已成為計(jì)算機(jī)視覺(jué)中非常重要的分支.

正如人的雙眼能夠判斷物體的遠(yuǎn)近，雙目立體視覺(jué)測(cè)量也是基于視差原理（圖1），根據(jù)物體在兩個(gè)相機(jī)上的成像、左右相機(jī)的參數(shù)及其相對(duì)位置，來(lái)計(jì)算物體離相機(jī)的距離，獲取該物體的空間三維幾何信息.圖1 中，P，P′分別為P在左右相機(jī)的投影，f為相機(jī)焦距，xL，xR為P在左右相機(jī)上的像素坐標(biāo)值，B為兩個(gè)相機(jī)光心（OL，OR）之間的距離，Z為物體到相機(jī)的距離，d=xL?xR為視差.

圖1 雙目測(cè)量原理Fig. 1 The principle of stereo vision measurement

該方法涉及到四個(gè)坐標(biāo)系之間的相互轉(zhuǎn)換，即世界坐標(biāo)系（OW-XWYWZW）、相機(jī)坐標(biāo)系（Oc-XcYcZc）、圖像坐標(biāo)系（xoy）及像素坐標(biāo)系（u，v）.通過(guò)透視投影及仿射變換，可以推導(dǎo)出空間某一點(diǎn)P(XW，YW，ZW)在世界坐標(biāo)系與像素坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系：

經(jīng)典的立體視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)包含圖2 所示的幾個(gè)過(guò)程.

圖2 立體視覺(jué)測(cè)量經(jīng)典流程Fig. 2 The standard procedure of the stereo vision measurement system

其中相機(jī)標(biāo)定及立體匹配過(guò)程決定了測(cè)量精度.Zhang[35]在2000 年提出了單平面棋盤格標(biāo)定方法，根據(jù)標(biāo)定平面到圖像平面的單應(yīng)性，利用約束條件求解內(nèi)參矩陣，再基于內(nèi)參矩陣估算外參矩陣，最后利用最大似然估計(jì)法來(lái)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，提高精度.棋盤格標(biāo)定法自提出之后，因其方便快捷、易于實(shí)施受到了廣泛關(guān)注和應(yīng)用，本文中的試驗(yàn)也同樣使用該方法來(lái)對(duì)測(cè)量區(qū)域進(jìn)行標(biāo)定.

雙目立體視覺(jué)是基于視差原理，因此左右圖像中各點(diǎn)的匹配關(guān)系至關(guān)重要，圖像匹配應(yīng)滿足以下幾個(gè)約束條件：1）極線約束；2）唯一性約束；3）視差連續(xù)性約束；4）順序一致性約束；5）相似性約束.基于以上約束條件，人們提出了幾個(gè)常用的匹配算法：如SAD (sum of absolute differences) 算法、SSD (sum of squared differences）算法、SGBM（semi-global block matching）算法[36]等，分別在不同類型的圖像上都取得了較好的結(jié)果，但對(duì)于有瑕疵的圖像如低紋理、有遮擋、匹配特征不連續(xù)等情況，匹配精度會(huì)大幅度降低，甚至出現(xiàn)大量誤匹配點(diǎn)，直接影響后續(xù)的視差計(jì)算及三維重構(gòu).

1.2 方法改進(jìn)

由上一小節(jié)可知，雙目立體視覺(jué)是基于視差原理，圖像質(zhì)量的優(yōu)劣直接決定了測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性及精度，而在液體介質(zhì)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量中，介質(zhì)的透明特性以及對(duì)光的吸收反射等使得界面的測(cè)量難度大大提升.因此本文在基于雙目立體視覺(jué)的基礎(chǔ)上，融入波浪理論等物理先驗(yàn)知識(shí)，降低了對(duì)圖像質(zhì)量的依賴性，摒除了全局 /半全局等對(duì)圖像要求較高的匹配算法，通過(guò)對(duì)有限離散點(diǎn)的精準(zhǔn)測(cè)量來(lái)重構(gòu)規(guī)則波的瞬時(shí)波面，具體過(guò)程如圖3 所示.

圖3 改進(jìn)的雙目測(cè)量系統(tǒng)Fig. 3 The improved stereo vision measurement system

在對(duì)圖像進(jìn)行去畸變、極線校正之后，本文中用到的圖像濾波方法主要為閾值過(guò)濾及膨脹過(guò)程，濾掉了圖像中灰度值較低會(huì)影響匹配的背景噪聲，并采用膨脹形態(tài)學(xué)處理[37]的方式增強(qiáng)了要匹配的白色標(biāo)識(shí)物在圖像中的可識(shí)別性.

通常討論的水波問(wèn)題是理想不可壓流體的無(wú)旋運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，因此服從不可壓勢(shì)流運(yùn)動(dòng)的基本控制方程，而該方程組由于1）自由面未知；2）自由面運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件皆為非線性兩個(gè)原因，求解十分困難，因此在實(shí)際應(yīng)用中往往根據(jù)特定的研究問(wèn)題來(lái)對(duì)方程組進(jìn)行簡(jiǎn)化.

Airy 在1845 年提出了微幅波理論，即當(dāng)波動(dòng)的振幅A遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)λ 或水深D時(shí)，非線性的自由面運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件可以線性化，可以固定在靜水面上滿足自由面的邊界條件.假設(shè)水波自由面由y=η(x,z,t)表示，z為波浪傳播方向，若不考慮初始波的產(chǎn)生且流場(chǎng)中不存在物體，則水波的控制方程及其邊界條件可以簡(jiǎn)化為

式(2a)為控制方程，式(2b)為水底邊界條件（y=?D），式(2c)為自由面邊界條件（y=0）， ?為水波速度勢(shì)，g為重力加速度.對(duì)上式進(jìn)行求解可得Airy 波的速度勢(shì)為

上式中有三個(gè)參數(shù)需要求解，而由色散關(guān)系可知k和ω 是相互關(guān)聯(lián)的，因此只需要得出A，k或ω 的值即可得出Airy 波面方程.本文中根據(jù)試驗(yàn)條件，滿足Airy 波的假設(shè)，因此將上式的波面方程引入到雙目測(cè)量系統(tǒng)中，重構(gòu)出了單向規(guī)則波的瞬時(shí)波面.

2 試驗(yàn)工況與結(jié)果分析

2.1 試驗(yàn)工況

本文中試驗(yàn)在隸屬于上海交通大學(xué)國(guó)家海洋重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的多功能拖曳水池中進(jìn)行（圖4）.水池長(zhǎng)300 m，寬16 m，深7.5 m，最高拖曳速度達(dá)10 m/s.水池的一端配備了先進(jìn)的多單元造波系統(tǒng)，采用40 片搖板造波，可以生成規(guī)則波、不規(guī)則波以及斜向波，最大規(guī)則波波高0.55 m，滿足試驗(yàn)工況所需的要求.消波系統(tǒng)包括位于水池另一端的消波灘、主動(dòng)消波系統(tǒng)及側(cè)壁消波系統(tǒng)等.試驗(yàn)中測(cè)量區(qū)域位于距造波機(jī)80 m 左右處水池中心，既保證了波面的規(guī)則性，又避免了水池壁面及回波對(duì)測(cè)量區(qū)域的影響.

試驗(yàn)裝置如圖4 所示，由于水的透明特性，為了使波面能夠在相機(jī)成像，試驗(yàn)時(shí)在測(cè)量區(qū)域隨機(jī)播撒了密度小、吸水性差的聚乙烯泡沫作為標(biāo)識(shí)物（圖5（a）所示），直徑d=30 cm.試驗(yàn)中所用相機(jī)均為Phantom VEO-340L 系列高速攝像機(jī)，分辨率為2560 pixel × 1600 pixel，像素尺寸為10 μm，試驗(yàn)中拍攝頻率設(shè)定為50 Hz，每個(gè)工況測(cè)量時(shí)長(zhǎng)約為60 s.圖5（b）給出了標(biāo)定過(guò)程示例，所使用的標(biāo)定板尺寸為1 m × 1 m，棋盤格尺寸為45 cm × 45 cm，在測(cè)量區(qū)域內(nèi)不斷調(diào)整標(biāo)定板位置及角度使其覆蓋整個(gè)測(cè)量區(qū)域，以建立標(biāo)定模型，經(jīng)過(guò)篩選最終用于標(biāo)定的圖像為130 對(duì)，整個(gè)標(biāo)定的測(cè)量區(qū)域范圍為x×z≈3 m × 4 m，x為水池寬度方向，z為波浪傳播方向.

圖4 試驗(yàn)裝置示意圖Fig. 4 Schematic diagram of the experiment setup

圖5 試驗(yàn)照片：(a) 聚乙烯泡沫；(b) 標(biāo)定示例；(c) 左相機(jī)瞬時(shí)圖像；(d) 右相機(jī)瞬時(shí)圖像Fig. 5 Experimental photos: (a) the polyethylene marker; (b) the snapshot of calibration; (c) the snapshot of the left camera;(d) the snapshot of the right camera

在本文試驗(yàn)中，共進(jìn)行了三個(gè)工況：①h=0.08 m，f=0.79 Hz，λ≈2.5 m；②h=0.10 m，f=0.79 Hz，λ≈2.5 m；③h=0.16 m，f=0.63 Hz，λ≈3.9 m（其中h為波高，f為頻率，λ 為波長(zhǎng)）.圖5（c）、（d）給出工況①中左右相機(jī)拍攝的瞬時(shí)圖像，可以看出標(biāo)識(shí)物在圖像中非常突出、易于識(shí)別和提取.隨著波浪的傳播，標(biāo)識(shí)物會(huì)不斷的擴(kuò)散，從而影響整個(gè)測(cè)量區(qū)域波面的重構(gòu)，因此本文中選取標(biāo)識(shí)物密度較高的工況①為代表來(lái)進(jìn)行結(jié)果分析.如裝置示意圖（圖4）所示，試驗(yàn)中還在測(cè)量區(qū)域內(nèi)放置了三個(gè)浪高儀以驗(yàn)證雙目測(cè)量系統(tǒng)的試驗(yàn)精度，浪高儀的頻率設(shè)定為50 Hz.

2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)上文所述的張正友標(biāo)定法[35]，本次試驗(yàn)雙目測(cè)量系統(tǒng)得到的左右相機(jī)參數(shù)如表1 所示（外參參數(shù)為右相機(jī)相對(duì)于左相機(jī)的位置），單個(gè)相機(jī)的標(biāo)定誤差均在0.3 個(gè)像素以內(nèi).如此我們獲得了相機(jī)標(biāo)定模型，為了進(jìn)一步驗(yàn)證其精度，我們將該模型應(yīng)用于標(biāo)定圖像，對(duì)圖像中的標(biāo)定板進(jìn)行三維重構(gòu)，計(jì)算棋盤格各角點(diǎn)之間的絕對(duì)距離，根據(jù)已知的棋盤格尺寸（l=45 cm）來(lái)驗(yàn)證該模型的測(cè)量精度.經(jīng)過(guò)對(duì)130 對(duì)標(biāo)定圖像的處理，得出各角點(diǎn)距離的平均值為43.9387，誤差為2.3%，因此可以認(rèn)為該標(biāo)定結(jié)果滿足試驗(yàn)所需.

表1 立體視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定參數(shù)Table 1 Calibration parameters of the stereo vision measurement system

根據(jù)已有的相機(jī)標(biāo)定模型，以及上述的雙目測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量原理，對(duì)試驗(yàn)圖像進(jìn)行去畸變、極線校正、圖像濾波等前期處理之后，便可對(duì)左右相機(jī)圖像進(jìn)行匹配、計(jì)算視差及深度值，最后通過(guò)式（1）將像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系中.設(shè)定第一張圖像t=0.02 s，圖6 給出了幾個(gè)不同時(shí)刻t=20 s, 30 s, 40 s, 50 s 時(shí)重構(gòu)出的波面，可以看出數(shù)據(jù)點(diǎn)雖然比較分散，但仍然有明顯的波形特征，且在水池寬度方向（x方向）呈現(xiàn)均一性，因此可以對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行降維處理，將三維數(shù)據(jù)擬合降為yoz平面內(nèi)的二維數(shù)據(jù)擬合，以規(guī)則波的波面曲線方程進(jìn)行擬合.

圖6 重構(gòu)出的瞬時(shí)波面圖： (a) t=20 s；(b) t=30 s；(c) t=40 s；(d) t=50 s (2 為1 的側(cè)視圖)Fig. 6 Reconstructed wave contours: (a) t=20 s; (b) t=30 s; (c) t=40 s; (d) t=50 s (2 is the side-view of 1)

由上文可知，對(duì)于單向規(guī)則波，目標(biāo)擬合函數(shù)為

其中A為波幅，k為波數(shù)， θ為相位.

其中hi為 杠桿，通過(guò)降低高杠桿數(shù)據(jù)點(diǎn)的權(quán)重來(lái)調(diào)整殘差；然后通過(guò)下式對(duì)radj進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化：

其中K=4.685 為調(diào)諧常數(shù)，s=δMAD/0.6745 為穩(wěn)健的標(biāo)準(zhǔn)偏差，δMAD（median absolute deviation）為殘差的中位絕對(duì)偏差[39].

3) 計(jì)算權(quán)重，文中所使用權(quán)重函數(shù)的表達(dá)式為

4) 若結(jié)果收斂則擬合結(jié)束，否則返回步驟1)進(jìn)行下一次迭代.

對(duì)全部的2967 個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)波面圖進(jìn)行擬合后（見(jiàn)圖7），表2 給出了波幅A和波數(shù)k的統(tǒng)計(jì)量，因此我們可以得出波面方程為

表2 波幅、波數(shù)的統(tǒng)計(jì)量Table 2 Statistics of the wave amplitude and the wave number

圖7 擬合后的瞬時(shí)波面圖： (a) t=20 s；(b) t=30 s； (c) t=40 s； (d) t=50 sFig. 7 Wave contours: (a) t=20 s; (b) t=30 s; (c) t=40 s; (d) t=50 s

通過(guò)對(duì)雙目立體視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)所得的波面參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析，得到所測(cè)規(guī)則波的波幅As=40.2810 mm，波數(shù)ks=2.4803，根據(jù)微幅波理論，計(jì)算得波浪頻率為fs=0.7853.試驗(yàn)過(guò)程中在測(cè)量區(qū)域內(nèi)沿波浪傳播方向放置了浪高儀，對(duì)浪高儀采集50 s 的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得到波幅Ag，kg以及fg.表3 給出了雙目系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果、浪高儀統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果和造波機(jī)的設(shè)定參數(shù)的對(duì)比以及雙目測(cè)量系統(tǒng)與其余兩者的誤差，可以看出三個(gè)參數(shù)的誤差皆在1%左右.

表3 雙目測(cè)量、浪高儀測(cè)量與造波機(jī)輸入?yún)?shù)對(duì)比Table 3 Comparison of parameters obtained by the stereo vision, the wave gauges and the wave maker

上述結(jié)果為統(tǒng)計(jì)分析，為了更直觀地顯示雙目測(cè)量與浪高儀的對(duì)比結(jié)果，圖8 給出了某一空間位置在一段時(shí)間內(nèi)波面高度隨時(shí)間的變化，可以看到在20 s 內(nèi)，浪高儀測(cè)得結(jié)果與雙目測(cè)量結(jié)果基本重合，由此進(jìn)一步驗(yàn)證了該測(cè)量系統(tǒng)的可靠性.

圖8 波高隨時(shí)間的變化曲線Fig. 8 Profiles of wave heights varying with time

在完成單向規(guī)則波工況的試驗(yàn)驗(yàn)證后，我們于近期開(kāi)展了不規(guī)則波的光學(xué)測(cè)量，圖9 給出了某一時(shí)刻重構(gòu)出的瞬時(shí)波面圖.從圖中可以看出，雖然有個(gè)別匹配點(diǎn)出現(xiàn)錯(cuò)誤，但仍然識(shí)別出了基本的波形特征，且因?yàn)槭嵌S不規(guī)則波，在x方向同樣呈現(xiàn)出均一性，下一步工作將會(huì)對(duì)波面進(jìn)行擬合以驗(yàn)證該方法的適用性，并會(huì)融入機(jī)器學(xué)習(xí)、非線性波理論等以將該方法拓展到三維不規(guī)則波等更為復(fù)雜的工況.

圖9 重構(gòu)出的瞬時(shí)波面圖：(a) 不規(guī)則波；(b) 圖9(a)的側(cè)視圖Fig. 9 Reconstructed wave contours: (a) irregular waves; (b) the side-view of fig. 9(a)

3 結(jié)論與展望

本文基于雙目立體視覺(jué)理論，自主搭建了測(cè)量系統(tǒng)，并對(duì)傳統(tǒng)的分析和圖像處理方法進(jìn)行了改進(jìn)，將波浪理論融入數(shù)據(jù)處理中，在多功能拖曳水池中對(duì)規(guī)則波進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)量.結(jié)果表明，該方法成功提取和重構(gòu)出了瞬時(shí)波面，經(jīng)過(guò)與理論值及浪高儀測(cè)量值進(jìn)行瞬時(shí)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果的比較分析，驗(yàn)證了該測(cè)量系統(tǒng)的可行性以及數(shù)據(jù)處理方法的精度.后續(xù)將會(huì)從測(cè)量精度及在復(fù)雜工況如二維/三維不規(guī)則波的廣泛適用性兩個(gè)角度出發(fā)，融入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及機(jī)器學(xué)習(xí)等先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，作進(jìn)一步的研究工作，以期能夠在實(shí)驗(yàn)室條件下替代浪高儀作為常用的波面測(cè)量技術(shù).

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