[發明專利]一種基于視頻的水流速檢測方法及系統

有效

• 申請號: 201911349524.0
• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號: CN111160210B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 王志保;陳澎祥;李森;肖萌璐;孫雅彬
• 申請（專利權）人: 天地偉業技術有限公司
• 主分類號: G06V20/40
• 分類號: G06V20/40;G06V10/46;G06V10/74
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 趙瑤瑤

本發明提供了一種基于視頻的水流速檢測方法，基于視頻的水流速檢測方法具有良好的環境魯棒性，易于實施，其通過對水面圖像進行處理，提取水面紋理特征并進行匹配，根據相機成像原理計算出特征點的物理距離以及幀間時間，計算出水面流速值，經過大量試驗證明，該方法所得到的水面流速具有可靠性。

技術領域

本發明屬于視頻監控技術領域，尤其是涉及一種基于視頻的水流速檢測方法及系統。

背景技術

隨著技術的進步與發展，視頻監控系統在水利水紋監控場景的應用越來越廣泛。洪水是汛期普遍發生的自然災害，其現有的形成和演進機制都是在理論和常規實驗上獲知的，缺乏極端條件下的實測方法和數據。中小河流的長期監測，特別是山區河流洪水事件的水位、流速和流量等核心水流信息的獲取對于山洪的防治有著至關重要的作用，也是目前防洪減災工作中的難點。

現有的水流速檢測通常是通過浮漂法人為觀察，或者通過雷達流速儀，葉輪轉速等方法進行測量，傳統方法在一些場景上的應用有較大的限制，實施可能存在極大的困難。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提出一種基于視頻的水流速檢測方法及系統，屬于一種非接觸式的檢測方法，可以減少檢測人員在洪水等危險場景下進行測量時的危險系數，同時具有很好的魯棒性。

本發明的發明構思：首先對圖像進行特征點的檢測和匹配，然后再將相鄰視頻幀的匹配點的特征點像素坐標轉換為物理坐標，得到物理距離，再結合根據幀率計算出的圖像幀間時間，計算出水流速。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

第一方面，本發明提供一種基于視頻的水流速檢測方法，包括如下步驟：

1)通過相機采集水流的視頻，對視頻圖像進行特征點檢測和匹配：

首先對相鄰兩幀水面圖像的角點進行檢測，再對檢測到的特征點進行SIFT特征提取，得到相應的描述子，通過SIFT特征描述子對前后兩幀檢測到的角點進行匹配；得到成對的匹配特征點后，再對特征點進行篩選；

2)將篩選后得到的每對匹配點的像素坐標轉換為世界坐標；

3)水流流速計算：通過像素點的世界坐標，計算出每對匹配點的實際物理距離，再通過視頻幀率計算出幀間時間，根據速度計算公式v＝d/t計算出每對匹配點的運動速度。

進一步的，在步驟1)通過相機采集水流的視頻之前需要進行相機內參標定，包括如下內容：對標定板圖像進行采集，得到標定圖像；得到標定圖像后，根據相機模型中世界坐標系、相機坐標系、圖像坐標系和像素坐標系四個坐標系的關系，計算出相機的內參參數；通過上述方法對相機在不同變倍下的內參進行標定，得到多組變倍下的內參參數的數據，對數據進行擬合處理，得出內參參數與變倍倍數之間的關系式；在步驟2)中，首先根據相機模型中世界坐標系，相機坐標系，圖像坐標系以及像素坐標系的關系，推導出像素坐標系和世界坐標系的轉換關系；再通過內參參數與變倍倍數之間的關系式計算出當前變倍下的內參矩陣，結合像素坐標系和世界坐標系的轉換關系得到像素點的世界坐標。

進一步的，所述篩選分為三個步驟：11)根據基于SIFT特征匹配得到的匹配度進行排序，取匹配度較高的前n個點進行下一步的篩選；12)計算每對匹配點連線的斜率，根據斜率對匹配點進行排序，選擇斜率較小的前m個點進行下一步的篩選；13)計算每對匹配點的歐式距離，并根據歐式距離對匹配點進行聚類，從所得的類中選擇點數最多的一類中包含的點進行下一步的計算。。

第二方面，本發明提供一種基于視頻的水流速檢測系統，包括：

特征點檢測和匹配模塊：用于采集水流的視頻，對視頻圖像進行特征點檢測和匹配，具體的，首先對相鄰兩幀水面圖像的角點進行檢測，再對檢測到的特征點進行SIFT特征提取，得到相應的描述子，通過SIFT特征描述子對前后兩幀檢測到的角點進行匹配；得到成對的匹配特征點后，再對特征點進行篩選；