[發明專利]一種水位監測預警攝像頭數據處理方法

在審

• 申請號: 202110387555.6
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113192294A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 李銳;劉榮華;馬旭廷;劉啟;吳文波;栗靜靜;陳淑芬
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學;中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G08B21/10
• 分類號: G08B21/10;G08B25/08;G06T7/194;G06T7/136;G06T7/90;G01F23/04
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

本發明提供了一種水位監測預警攝像頭數據處理方法，首先利用攝像頭采集圖像信息，獲取水位影像數據，得到水標尺圖像，并對圖像信息進行處理和數字化，得到相應的水位信息；其次與錄入的全國山洪災害調查評價結果中的成災水位數據進行分析比較，分析上游當前水位是否會對下游各風險區造成洪澇災害，并產生預警信號；最后通過通訊模塊將預警信號傳遞到下游風險區。本發明滿足實際監測和預警防洪的需求，及時反饋水位信息，通過數據分析比較產生預警信號，從而為下游洪災危險區域進行洪水預警。

技術領域

本發明涉及一種水位監測預警攝像頭數據處理方法，屬于水位監測技術和預警技術領域。

背景技術

洪澇災害點多面廣、破壞性強、防御難度大，影響著人類的生命和財產安全，有效的洪水預警是減少損失的重要措施之一。國內外常用的方法有雨量監測預警和水位/流量預警。基于雨量的監測預警預見期短，沒有充分考慮降雨時空分布和前期降雨量的影響，雨量預警效果不是很好；基于水位/流量的預警能充分考慮上述因素的影響，預警預見期和準確度較雨量監測預警效果更好。然而目前水位監測的難度越來越大，傳統計量設備已經無法滿足實際監測和預警防洪的需求，用于監測水位的傳統攝像頭只能進行簡單地拍照和攝像等功能，無法通過上游監測到的水位信息對下游各洪災風險區進行洪水預報預警。

發明內容

本發明目的是提供了一種水位監測預警攝像頭數據處理方法，能夠及時分析水位情況，滿足對水位預警的需求。

本發明為實現上述目的，通過以下技術方案實現：

(1)獲取水位影像數據，得到水標尺圖像，將圖像顏色像素采用三屬性RGB表示，將獲取的圖像取平均得到灰度圖像，獲得相應的灰度矩陣為：

通過將水標尺圖像背景分離、區分水標尺黑紅面，水標尺二值化、水標尺縮放、水標尺匹配處理，獲得相應的匹配便宜系數，計算出正確度數；

第一步，利用列間弧度單差算法實現圖像的背景分離，將得到的灰度矩陣I_m×n，m為行數，n為列數，每列累加求平局獲得新矩陣P_n，即：

將矩陣P_n列間單差，獲得單差后矩陣P_σ，其中：

P_σ(i)＝|P(i)-P(i-1)|，P_σ(0)＝0，i∈(1，n-1)

由于特殊的齒面字符分布造成單差值減少不一樣，因此將非聚類的單差值視為干擾信息，利用以下不斷削弱干擾的單差值，即：

S(i，1)＝S(i，1)×P(i)s

進而設定一定閾值，提取超過閾值的聚類單差值對應的最大最小值，得到下標范圍，即為水標尺分割界限，最終實現水標尺的背景分離；

第二步，利用通道間相位差算法區分圖像中的黑紅面。以其中一個通道為基準，與其他兩個通道做相位差值，即:ΔAG＝A-G,ΔAB＝A-B,當為黑面時兩者的絕大部分平均值接近0，為紅面時大部分接近于255；

第三步，利用環狀分區和最大類間方差法,即分區Otsu法實現水標尺的二值化，提高運算速度和分割精度，將目標誤認為背景或者將背景誤認為目標都會使得兩部分差別變小,因此,使類間的方差最大就意味著錯分的概率最小，消除圖像中陰影對于字符匹配的干擾，凸顯尺面字符信息；

第四步，利用雙線性插值法實現二值化水標尺的縮放，通過將二值化后水標尺的寬度WO與二值化數字模板中水標尺寬度WT作比較，得到縮放系數再利用雙線性插值算法實現水標尺的縮放；

第五步，采用三級金字塔匹配獲的偏移系數，相比于直接的匹配，金字塔影像自下而上每一層的像素數都不斷減少，提高運行速度，得到相應的水位信息；