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船舶感知系统是智能船舶自主航行决策和远程驾驶的基础,是保障智能船舶安全航行的先决条件。传统的感知设备主要有船载雷达和自动识别系统,由于自身工作原理的限制,这些感知设备对海上弱小目标探测能力较差,难以满足智能船舶航行的需求。将红外热像仪和可见光摄像机等视觉传感器应用于船舶感知系统,能够弥补雷达和AIS等传统感知设备的不足。当船舶尺度较大时,需要使用多台视觉传感器设备布设在船舶的不同部位,并使其相互协同工作,构成视觉传感器系统,以达到对船舶航行环境的全方位、无缝、高可靠性感知的目的。本文针对智能船舶感知系统中的视觉传感器布设和系协同问题开展研究,主要完成了以下3方面的工作:(1)智能船舶感知能力需求分析。分析了智能船舶在感知方面的需求,结合目前船舶各类传感器的特征和应用情况,对智能船舶感知系统各类主要传感器进行了对比分析。(2)单视觉传感器布设。单视觉传感器的布设是智能船舶感知系统建设的第一步,目前缺乏智能船舶传感器布设相关的理论。针对这个问题,本文通过研究世界坐标系、船体坐标系、摄像机坐标系、图像坐标系之间的转换关系和摄像机成像原理,在给定焦距、视场角、成像平面尺寸等参数条件下,给出了可见光与热像仪传感器感知范围和感知能力的计算方法。结合视觉传感器的感知能力和智能船舶的感知需求,提出了智能船舶感知系统中的视觉传感器布设方法,该方法保证感知场景中单位大小目标在视频图像中的尺寸大于智能船舶的感知需求。(3)多视觉传感器协同布设方法。为了使得智能船舶的感知系统获得最优的感知效果,本文构建了多视觉传感器协同布设模型,并采用模拟退火算法对模型进行求解,得到协同布设方案。实验结果表明,布设方案使得最终的结果满足智能船舶感知需求的区域最大,且使用传感器的数量最少。总的来说,本文解决了智能船舶感知系统中的视觉传感器布设和协同问题,对视觉传感器在智能船舶感知系统中的应用具有一定的意义。