[发明专利]基于数字图像处理的水体水位测量方法

说明书

本发明公开了基于数字图像处理的水体水位测量方法，包括具体步骤如下：图像采集装置对标识物进行图像采集，并计算出标识物在图片中的坐标位置及空间几何尺寸等参数；对参照物进行透视变换，得到正逆透视矩阵；检测识别水面上游面水位线；根据预先录入的参照物实际空间距离，与图片中像素距离相除得到电子水尺比例尺；设定电子水尺测量范围，生成电子水尺，将电子水尺还原至图片中位置；将识别出来的水位线像素值高度与电子水尺像素高度比较，并根据像素与实际距离比例尺计算出水位线实际高度。本发明所述的基于数字图像处理的水体水位测量方法，本发明采用图像处理方法得到的水位线误差较小，可为多数水体水位的自动化测量。

技术领域

本发明涉及水位测量技术领域，特别涉及基于数字图像处理的水体水位测量方法。

背景技术

水位是河流湖库的基本水文要素之一，连续可靠的水位监测对于水资源调度和防汛抗旱具有极大的意义，传统的水位读取是依靠传统水尺通过人工读数记录水位的高度，是一种最直观和简单的测量工具，几乎成为水文站的标配；然而传统水尺测量需要人工定时观测，自动化程度低，人员劳动强度大，现有的自动水位计主要包括浮子式、压力式、超声波式及雷达式等，浮子式水位计利用重锤带动浮子感应水位升降，并采用光电编码器量化水位高程，具有精度高、可靠性强的优点，但通常需要建造测井房，造价较高，压力式水位计通过感测不同水深产生的压力换算出水位值，传感器布设需深入水体，测量精度容易受到水中杂质和含沙量的影响，超声波式水位计利用声波往返探头到水面间的渡越时间和声速计算距离并换算成水位值，由于声波在空气中的传播速度受环境温度的影响显著，且温度分布通常难以精确获得，因此大量程下的测量精度有限，雷达式水位计和超声波式水位计的原理类似，由于电磁波受温度的影响小，因此精度较高，但目前设备及安装成本较高，通常需要采用悬臂支架安装于水面之上以获得近似垂直的探测角度，否则电磁波的反射信号将显著衰减导致无法精确施测；

目前国内许多重要的水位观测点均建设有视频监控系统并配有标准物理水尺，为基于视频图像的水尺水位检测提供了有利条件，图像法利用图像传感器代替人眼获取水尺图像，通过图像处理技术检测水位线对应的读数，从而自动获取水位信息，相比现有方法，在原理上具有非接触、无温漂、无转换误差等优点；实施时既可在现有水利视频监控系统的基础上改造实现，也可利用成熟的GPRS或4G无线视频图像传输系统在野外建立观测点，具有机动灵活、建站成本低的优势，因此，近年来图像法水位检测在机器视觉和水利量测领域已成为新的研究热点，并逐渐出现了一些基于视频图像的水位自动监测系统，然而，这些系统及方法主要通过检测和识别水尺上的刻度线及字符获得水位线的位置信息，受复杂现场条件的影响，在测量精度和可靠性上仍然存在较大的局限。

发明内容

本发明的主要目的在于解决现有图像法水位检测存在的安装物理水尺施工复杂成本高、物理水尺长期使用带来的污渍污染、颜色磨损带来的识别精度降低等问题，并通过可视化的形式实时展示水位高度，本发明通过更换测量方法完成这一目的，通过更换参照物，不再需要施工安装物理水尺，不再将物理水尺作为参照物，而是选择图片中的已知高度的参照物作为参考，并通过与图片中的像素距离进行比较得到图片像素与物理世界实际距离的换算比例尺，以图片中参照物的高度为基准根据比例尺画出图片上的带刻度的水尺图像，而后通过图像分割技术提取到水面分界线，并在图片中显示出提取的分界线，通过定位水位线在模拟水尺的像素位置，来确定水位线在现实世界中的实际高度。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

基于数字图像处理的水体水位测量方法，具体步骤如下：

(S1)、在待测水体测量位置布设图像采集装置和附近布设标识物；

(S2)、所述图像采集装置对标识物进行图像采集，得到带有标识物的图片，并计算出标识物在图片中的坐标位置及空间几何尺寸等参数；

(S3)、基于透视原理对参照物进行透视变换，得到正逆透视矩阵；