[發(fā)明專利]一種基于雨滴速度的視頻反演降雨強(qiáng)度的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110969272.2
• 申請(qǐng)日: 2021-08-23
• 公開（公告）號(hào): CN113792452A
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉楠;白直旭;顧笠波;許月萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 溫州大學(xué);浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G01W1/10
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 萬(wàn)尾甜;韓介梅

本發(fā)明公開一種基于雨滴速度的視頻反演降雨強(qiáng)度的方法，該方法是先采用LSPIV對(duì)視頻中的連續(xù)幀進(jìn)行分析，結(jié)合透視原理，提取出畫面對(duì)應(yīng)區(qū)域的實(shí)際最大雨滴速度值，根據(jù)所述最大雨滴速度值對(duì)應(yīng)雨滴在雨滴譜中的超越概率以及對(duì)應(yīng)雨滴的雨滴直徑確定雨滴譜分布函數(shù)的形狀參數(shù)，最后根據(jù)降雨強(qiáng)度?形狀參數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式，獲得降雨強(qiáng)度。本發(fā)明基于LSPIV速度分析方法，能夠利用視頻獲得較為準(zhǔn)確的最大雨滴速度，并直接建立雨滴速度與降雨強(qiáng)度的關(guān)系，從而用相對(duì)簡(jiǎn)單的方式利用視頻即可反演降雨強(qiáng)度；這為降雨強(qiáng)度監(jiān)測(cè)工作提供了一種全新的手段，充分利用城市中廣泛布置的攝像監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行降雨強(qiáng)度/降雨量的監(jiān)測(cè)工作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水文監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)涉及一種基于雨滴速度的視頻反演降雨強(qiáng)度的方法。

背景技術(shù)

隨著全球氣候變化和快速城市化，極端暴雨事件日益增多，特大型城市由于經(jīng)濟(jì)活動(dòng)高度集中，洪澇災(zāi)害應(yīng)對(duì)更加復(fù)雜，亟須有效的預(yù)警調(diào)度手段以提高災(zāi)害應(yīng)對(duì)的精細(xì)化和科學(xué)化。城市洪澇災(zāi)害精細(xì)化管理的難點(diǎn)在于，城市下墊面和土地利用情況存在高度離散性。這導(dǎo)致以下兩個(gè)困境：1)城市降雨的分布不規(guī)律且存在“雨島效應(yīng)”，雨量站等傳統(tǒng)雨量監(jiān)測(cè)設(shè)備的代表性有限；2)基于天氣雷達(dá)的降雨強(qiáng)度數(shù)據(jù)是城市水文研究中常用的數(shù)據(jù)來(lái)源，但應(yīng)用中精度較低，需使用數(shù)據(jù)同化等方法增強(qiáng)其有效性。

在城市區(qū)域，大規(guī)模的攝像頭監(jiān)控系統(tǒng)在戶外廣泛布設(shè)，包括但不限于停車場(chǎng)出入口的車牌識(shí)別攝像頭、交通測(cè)速攝像頭、治安監(jiān)控?cái)z像頭、城市天網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)等。這些戶外視頻攝像系統(tǒng)除完成所設(shè)定的功能外，還能夠用于城市自然環(huán)境的監(jiān)測(cè)。在水文氣象研究中，已有用于測(cè)量河水流量的粒子圖像測(cè)速技術(shù)(Large-Scale Particle ImageVelocimetry，LSPIV)、用于測(cè)量降雨強(qiáng)度的背景差法等。然而，現(xiàn)有方法往往需要利用視頻圖像全部數(shù)據(jù)，因此易受視頻中無(wú)關(guān)因素的干擾。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于雨滴速度的視頻反演降雨強(qiáng)度的方法。該方法可以排除噪聲干擾，僅以最易獲得且更為準(zhǔn)確的最大雨滴速度來(lái)反演降雨強(qiáng)度，可以為降雨強(qiáng)度監(jiān)測(cè)工作提供一種新的手段，充分利用城市中廣泛布置的攝像監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行降雨強(qiáng)度/降雨量的監(jiān)測(cè)工作。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種基于雨滴速度的視頻反演降雨強(qiáng)度的方法，該方法是先采用LSPIV對(duì)視頻中的連續(xù)幀進(jìn)行分析，結(jié)合透視原理，提取出畫面對(duì)應(yīng)區(qū)域的實(shí)際最大雨滴速度值，根據(jù)所述最大雨滴速度值對(duì)應(yīng)雨滴在雨滴譜中的超越概率(exceeding probability)以及對(duì)應(yīng)雨滴的雨滴直徑確定雨滴譜分布函數(shù)的形狀參數(shù)，最后根據(jù)降雨強(qiáng)度-形狀參數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式，獲得降雨強(qiáng)度。

上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步的，采用LSPIV對(duì)視頻中的連續(xù)幀進(jìn)行分析，結(jié)合透視原理，提取出畫面對(duì)應(yīng)區(qū)域的實(shí)際最大雨滴速度值，具體如下：

1)對(duì)連續(xù)兩幀圖像進(jìn)行灰度化處理后，進(jìn)行幀差處理得到雨滴運(yùn)動(dòng)圖像；

2)對(duì)雨滴運(yùn)動(dòng)圖像進(jìn)行劃分網(wǎng)格，遍歷網(wǎng)格讀取灰度值，灰度不為零的區(qū)域即為雨滴可能位置；

3)對(duì)雨滴運(yùn)動(dòng)圖像上出現(xiàn)雨滴可能位置的網(wǎng)格進(jìn)行對(duì)比，尋找相關(guān)性最強(qiáng)的兩個(gè)網(wǎng)格，為同一滴雨滴在兩幀時(shí)間里的不同圖像，所述兩個(gè)網(wǎng)格底邊縱坐標(biāo)差值為圖像雨滴下落改變量；

4)運(yùn)用透視原理，得到實(shí)際雨滴下落改變量H：

其中，f為鏡頭的焦距，L為鏡頭至被攝取物體的距離，a為圖像雨滴下落改變量；

結(jié)合兩幀時(shí)間差可以得到雨滴實(shí)際下落速度；

5)得到雨滴運(yùn)動(dòng)圖像中全部雨滴的實(shí)際下落速度，得到其中最大雨滴速度值。

更進(jìn)一步的，步驟2)中劃分網(wǎng)格時(shí)網(wǎng)格大小應(yīng)大于等于可能出現(xiàn)的最大雨滴直徑。