[發(fā)明專利]一種基于目標(biāo)檢測(cè)的水尺水位識(shí)別方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310242498.1
• 申請(qǐng)日: 2023-03-14
• 公開（公告）號(hào): CN116309780A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金世俊;仇宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/60
• 分類號(hào): G06T7/60;G06T5/00;G06T5/20;G06T7/13;G06T5/30;G06T7/70;G06V30/14;G06V30/146;G06V30/19
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 薛雨妍

本發(fā)明提出了一種基于目標(biāo)檢測(cè)的水尺水位識(shí)別方法，利用目標(biāo)檢測(cè)得到的水尺區(qū)域圖像，先進(jìn)行中值濾波，再進(jìn)行均值遷移雙邊濾波。對(duì)處理過的圖像使用canny算子檢測(cè)邊緣，使用直線平均角度旋轉(zhuǎn)圖像，進(jìn)行圖像的校正，對(duì)圖像進(jìn)行二值化操作，先采用面積形態(tài)學(xué)閉運(yùn)算和開運(yùn)算，通過水平投影的連續(xù)閾值判定找出水位線的位置。采用目標(biāo)檢測(cè)算法對(duì)水尺上的數(shù)字進(jìn)行定位，并訓(xùn)練數(shù)字模型識(shí)別數(shù)字?jǐn)?shù)值，結(jié)合水平投影找出數(shù)字的位置，計(jì)算高度。本發(fā)明易于實(shí)現(xiàn)、可靠性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性高，可為河流水位監(jiān)測(cè)提供實(shí)時(shí)可靠的信息。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)視覺和圖像領(lǐng)域，具體涉及一種基于目標(biāo)檢測(cè)的水尺水位識(shí)別方法。

背景技術(shù)

圖像處理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)水尺水位檢測(cè)的一項(xiàng)重要技術(shù)，近年來隨著計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的不斷開拓與發(fā)展，深度學(xué)習(xí)與目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)更是蓬勃發(fā)展，在很多傳統(tǒng)圖像處理技術(shù)不能夠勝任的場(chǎng)景發(fā)揮出優(yōu)勢(shì)。圖像法水尺水位檢測(cè)，利用了攝像機(jī)對(duì)水尺區(qū)域拍攝的圖像，進(jìn)行圖像處理得到水位值。這種圖像處理方法是將算法集成到嵌入式的設(shè)備上，只能針對(duì)單一場(chǎng)景進(jìn)行處理找出水尺位置，不能夠面對(duì)背景更加復(fù)雜的場(chǎng)景。與傳統(tǒng)的圖像處理的方法相比，基于深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)能夠幫助我們很好的自動(dòng)定位目標(biāo)水尺區(qū)域。

對(duì)于目標(biāo)水尺區(qū)域，有很多方法去實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的提取，如先對(duì)目標(biāo)水尺進(jìn)行二值化操作，基于二值圖像統(tǒng)計(jì)出刻度線的數(shù)量，從而利用水尺自身的高度，換算出水位值，但是這種情況需要水尺圖像完整，如果拍攝的水尺圖像并不完整就無法得到準(zhǔn)確的水位值；還有大多數(shù)水文監(jiān)測(cè)的水尺位于野外環(huán)境，背景中含有很多的干擾，準(zhǔn)確地將水尺從復(fù)雜的背景中提取出來十分困難。傳統(tǒng)的圖像處理在應(yīng)對(duì)單一，特定的場(chǎng)景效果很好，但是一旦場(chǎng)景切換則會(huì)失效。因此有必要使用深度學(xué)習(xí)去學(xué)習(xí)水尺特征，將其準(zhǔn)確地提取。傳統(tǒng)圖像處理去計(jì)算水位值時(shí)需要借助刻度的條數(shù)信息，需要保證水尺的完整性，對(duì)于水尺存在臟污和遮擋不能很好地解決。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種基于目標(biāo)檢測(cè)的水尺水位識(shí)別方法，利用目標(biāo)檢測(cè)得到的水尺區(qū)域圖像，先進(jìn)行中值濾波，再進(jìn)行均值遷移雙邊濾波。對(duì)處理過的圖像使用canny算子檢測(cè)邊緣，使用直線平均角度旋轉(zhuǎn)圖像，進(jìn)行圖像的校正，對(duì)圖像進(jìn)行二值化操作，先采用面積形態(tài)學(xué)閉運(yùn)算和開運(yùn)算，通過水平投影的連續(xù)閾值判定找出水位線的位置。采用目標(biāo)檢測(cè)算法對(duì)水尺上的數(shù)字進(jìn)行定位，并訓(xùn)練數(shù)字模型識(shí)別數(shù)字?jǐn)?shù)值，結(jié)合水平投影找出數(shù)字的位置，計(jì)算高度。該算法經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，自適應(yīng)性更強(qiáng)，識(shí)別的精度較高。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了目標(biāo)檢測(cè)的水尺水位識(shí)別方法，包括以下步驟：

步驟1：利用目標(biāo)檢測(cè)得到的水尺區(qū)域圖像，進(jìn)行中值濾波，再進(jìn)行均值遷移雙邊濾波，去除噪聲并保留邊緣特征；

步驟2：對(duì)處理過的圖像使用canny算子檢測(cè)邊緣，從邊緣圖像中檢測(cè)直線，計(jì)算直線的平均角度，使用平均角度旋轉(zhuǎn)圖像，進(jìn)行圖像的校正；

步驟3：對(duì)圖像進(jìn)行二值化操作，先采用面積形態(tài)學(xué)閉運(yùn)算，對(duì)遮擋的部分二值化圖像進(jìn)行修復(fù)，再使用開運(yùn)算對(duì)邊緣干擾進(jìn)行去除，并將其水平投影，通過連續(xù)閾值判定找出水位線的位置；

步驟4：采用目標(biāo)檢測(cè)算法對(duì)水尺上的數(shù)字進(jìn)行定位，并訓(xùn)練OCR模型識(shí)別數(shù)字?jǐn)?shù)值；

步驟5：利用ROI操作，將數(shù)字以外的圖像像素置為255，再將圖像反轉(zhuǎn)。水平投影找出數(shù)字的位置，計(jì)算高度；

步驟6：結(jié)合數(shù)字位置與水位線位置，運(yùn)用設(shè)計(jì)的計(jì)算方法計(jì)算出水位值；。

具體的，在步驟1中，利用目標(biāo)檢測(cè)得到的水尺區(qū)域圖像，先進(jìn)行中值濾波，再進(jìn)行均值遷移雙邊濾波，去除噪聲并保留邊緣特征的具體步驟如下：

步驟1.1：選用中值濾波對(duì)圖像進(jìn)行平滑濾波，中值濾波的計(jì)算公式為公式(1)：