[發明專利]一種河流表面流速檢測方法和裝置

有效

• 申請號: 202110360610.2
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113077488B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 王劍平;張曉勤;張果;楊曉洪
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G06T7/20
• 分類號: G06T7/20;G06T7/62
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 張倩倩

本發明公開一種河流表面流速檢測方法和裝置，方法包括：獲取連續多幀河流表面水流圖像；進行圖像預處理得到矢量形式的灰度圖像；獲取預標記點在圖像上的對應點像素坐標，預標記點包括河流范圍標記點和多個測速點；根據各測速點的像素坐標信息確定相應模板的位置；對圖像和模板進行多層離散小波變換處理，獲得時頻離散的處理結果圖像；分別用各模板與河流表面圖像在低頻分量區域進行模板匹配，得到各幀圖像中分別對應各模板的最佳匹配區域中心點位置；根據最佳匹配區域中心點位置以及對應的模板中心點位置，計算相鄰幀之間測速點的實際位移進而結合河流斷面數據，計算河流的表面流速。本發明能夠適用于各種復雜條件下的待檢測環境，并具有環保性和較好的實時性。

技術領域

本發明涉及水文檢測技術中的流速測量領域，特別是一種結合時頻分析和圖像匹配的河流表面流速檢測方法和裝置。

背景技術

我國江河眾多且降水豐富，因此對天然河流、湖泊以及海洋表面流速的實時監測是一個必要的研究工作。對河流表面流速的測量有利于水資源管理，并且可以有效的預防洪澇災害，保護國家和人民的財產安全。但我國地勢復雜，很多河流并不容易測量，特別是在汛期的測量工作更是難以進行。傳統流速儀法、聲學法和雷達法在這種極端條件下施測時的精確性、時效性和安全性難以保證。而現有的基于圖像處理的測流技術大多需要使用人工噴灑示蹤粒子，這不僅會造成環境污染也提高了工程成本。

傳統的接觸式測流方法如專利：一種倒置多普勒流速儀探頭測量水體表面流速的測量裝置及其使用方法(公開號：CN108196086A)，通過布置在水中底泥上方的底座上的多普勒流速儀探頭測量河流表面流速，但此方法存在布設困難、人工維護困難等問題。基于圖像處理的測流方法如專利：一種基于圖像模式識別的河流流速測量方法(公開號：CN106097389A),首先對數據庫進行訓練得到分類器，然后利用得到的分類器對需測量的圖像進行分類識別，進而得到對應河流圖像及相應的流速范圍，但此方法訓練過程計算量大，只能得到河流圖像的預估流速范圍；一種基于尾流紋路識別的水面流速測量方法(CN109188020A)，通過三維歐式距離鄰接圖的形狀預判雷諾數Re的大小，再結合雷諾數預判結果，根據殘值的擬合關系反推具體的雷諾數Re，最后得到來流流速；一種河流表面平均流速測量裝置及方法(CN106841673A)，首先獲取獲得當前時刻的河流表面圖像的運動顯著性點或運動顯著性區域，然后基于一定時間內每一時刻的運動顯著性點或運動顯著性區域，獲得一定時間內的平均位移，最后根據一定時間內的平均位移以及幀間時間，獲得一定時間內的平均流速，此方法雖然無需拋灑示蹤物，但需存在運動顯著性點或運動顯著性區域，如果特征不顯著，則算法失效。

發明內容

本發明的目的是提供一種河流表面流速檢測方法和裝置，結合時頻分析與圖像匹配技術，實現一種非接觸式的流速檢測方法，能夠適用于各種復雜條件下的待檢測環境，并具有環保性和較好的實時性。本發明采用的技術方案如下。

一方面，本發明提供一種河流表面流速檢測方法，包括：

獲取連續多幀河流表面水流圖像；

對獲取到的圖像進行預處理，得到河流表面水流的灰度圖像，將所述灰度圖像轉換為矢量形式并存儲；

獲取預標記點在轉換后圖像上的對應點的像素坐標信息，所述預標記點包括河流范圍標記點和多個測速點；

根據各測速點的像素坐標信息確定相應模板的位置，得到模板圖像；

對各轉換后的圖像以及模板圖像分別進行多層離散小波變換處理，獲得時頻離散的處理結果圖像；

基于所述處理結果圖像，分別用各模板圖像的低頻分量區域與河流表面水流圖像的低頻分量區域進行模板匹配，得到各幀河流表面水流圖像圖像中分別對應各模板的最佳匹配區域中心點位置；

根據所述最佳匹配區域中心點位置以及對應的模板中心點位置，計算相鄰幀之間測速點的實際位移；