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CCD监视船舶侧翻冰厚度误差的实验室模拟研究

作　者: 刘普
导　师: 李志军
学　校: 大连理工大学
专　业: 港口、海岸及近海工程
关键词: CCD 冰厚度模拟研究误差分析
分类号: U661.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 22次
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内容摘要

随着数码技术的发展,利用数字相机捕捉破碎冰块断面技术在极地海冰调查和海洋平台海冰监测中获得了广泛应用。利用图像处理技术,从这些冰块断面图像中可以提取海冰厚度。但是无论在海洋平台还是考察船走航,派人到冰面实地测量破碎冰块断面厚度无法实现,对CCD观测得到的海冰厚度数据与海冰厚度真实值进行比较分析也无法进行。本论文的主要工作就是通过对船侧CCD海冰厚度观测技术进行实验室物理模拟研究,详细的对其结果进行误差分析,并对单CCD摄像技术与双CCD立体摄像技术的观测结果进行了比较。首先详细分析了破碎冰块断面的翻转和CCD拍摄距离对观测误差的影响。将破冰船侧海冰断面的翻转运动描述为在空间直角坐标系OXYZ内的刚体运动,冰块断面绕X、Y、Z三轴的旋转角度分别定义为角α、β、γ。而CCD拍摄距离不能作为统一的参数,因此将其换算为图像比例。运用线性回归和曲线拟合的方法分析α、β、γ等三个角度和图像比例H对观测误差的影响。其次,对人为误差的差异进行了分析。选取冰块断面处于水平且平行船舷(α=β=γ=0°)的相同图像,这样可以消除冰块断面翻转带来的误差。对在实验室中获得的冰块断面模型图像,利用5人来分析同一幅图像,获得人为误差差异。最后将单CCD摄像与双CCD立体摄像的观测数据进行比较分析：当冰块断面翻转角度为零(α=β=γ=0°)时,单CCD摄像观测的最优观测效果下的最大误差值小于双CCD立体摄像观测结果最大误差值。但这是极为特殊的情况,大多数情况下并不存在这种状况,因此作者建议：鉴于双CCD立体摄像观测数据的误差较小,将其引入到极地海冰科考中也是一项有意义的研究方向。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-15
  1.1 研究的背景和意义  8-9
  1.2 研究概况  9-13
    1.2.1 国内外研究概况及应用实践  11-13
    1.2.2 研究趋势  13
  1.3 本文的主要工作  13-15
2 船侧CCD观测系统  15-27
  2.1 CCD成像技术  15-16
    2.1.1 CCD基本概念和特点  15
    2.1.2 CCD器件和数码摄像机的工作原理  15-16
  2.2 船侧CCD观测海冰厚度系统  16-22
    2.2.1 技术组成  16-19
    2.2.2 提取海冰厚度的方法  19-20
    2.2.3 现场测量误差  20-22
  2.3 影响测量误差的参数  22-25
    2.3.1 海冰厚度断面翻转的三维角度  22-25
    2.3.2 CCD拍摄距离  25
  2.4 本章小结  25-27
3 实验室模拟系统介绍  27-33
  3.1 实验室模拟系统介绍  27-30
    3.1.1 CCD传感器  27-28
    3.1.2 冰块断面翻转的模拟装置  28-30
  3.2 试验方案及其步骤  30-32
  3.3 本章小结  32-33
4 翻转角度和拍摄距离对观测误差的影响  33-63
  4.1 图像比例  33-35
  4.2 角度与误差的曲线拟合分析  35-46
  4.3 角度、图像比例和误差的曲面拟合分析  46-62
    4.3.1 β、H和E的拟合曲面分析  47-49
    4.3.2 α、H和E的拟合曲面分析  49-54
    4.3.3 γ、H和E的拟合曲面分析  54-59
    4.3.4 α、β为[-5°,5°]对应的误差值  59-62
  4.4 本章小结  62-63
5 其他影响因素分析  63-70
  5.1 人为误差分析  63-66
  5.2 与双CCD立体摄像观测冰厚度误差的比较  66-69
    5.2.1 双CCD立体摄像观测冰厚度误差分析  67-68
    5.2.2 单CCD与双CCD摄像观测冰厚度误差的比较  68-69
  5.3 本章小结  69-70
结论  70-72
参考文献  72-75
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  75-76
致谢  76-78

CCD监视船舶侧翻冰厚度误差的实验室模拟研究

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