[发明专利]一种基于计算机视觉的色块分界水位标尺

权利要求书

1.一种基于计算机视觉的色块分界水位标尺，包含颜色编码尺（1），小球（2），硬塑料圆柱体（3），连接杆（4），构筑物（5），水平面（6），摄像机（7），网络服务器（8）8个部分组成，其特征在于：

所述颜色编码尺（1）固定于小球（2）上，与小球（2）连成一体漂浮于水平面（6）上并安装在硬塑料圆柱体（3）内，只在两个硬塑料圆柱体（3）中部露出10厘米长度的颜色编码信息用于测量水位；

所述小球（2）由硬塑料制成空心，直径小于硬塑料圆柱体（3）的内径；

所述硬塑料圆柱体（3）包括上下两个不同的部分，上下两个硬塑料圆柱体（3）内径尺寸和材质相同，长度不同，并通过五根连接杆（4）安装在构筑物（5）上，与构筑物（5）形成一个整体；

摄像机（7）安装在颜色编码尺（1）露出部分的正对面；

网络服务器（8）实现与摄像机（7）连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉的色块分界水位标尺，其特征在于：所述颜色编码尺（1）由轻质塑料制成，长50厘米，外表面一共划分有黑、红、蓝、白、绿、黄、灰七种颜色，根据不重复的原则随机排列于颜色编码尺（1）上，每个颜色占5厘米长度，颜色编码尺（1）下端通过结构胶粘贴在小球（1）上表面中心位置，与小球（2）形成一个整体。

3.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉的色块分界水位标尺，其特征在于：小球（2）为空心，制作材料为某种硬塑料，保证有足够的的浮力使得小球（2）与颜色编码尺（1）能够漂浮于水平面（6）之上并使颜色编码尺（1）一直保持竖直状态。

4.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉的色块分界水位标尺，其特征在于：硬塑料圆柱体（3）内径比小球（2）直径略大，可以忽略与小球（2）之间的摩擦，硬塑料圆柱体（3）有上下两个，下端的硬塑料圆柱体（3）的底部进入水中，上端露出水平面（6），上部的硬塑料圆柱体（3）通过三根连接杆（4）固定在构筑物（5）上，上部硬塑料圆柱体（3）的下端与下部硬塑料圆柱体（3）的上端间隔高度为10厘米，上下部两个硬塑料圆柱体（3）通过五根连接杆（4）安装在构筑物（5）上，连接杆（4）由空心不锈钢制成，硬塑料圆柱体（3）与连接杆（4）通过工业胶水粘结。

5.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉的色块分界水位标尺，其特征在于：连接杆（4）之间通过焊接连接，连接杆（4）通过螺钉与构筑物（5）连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉的色块分界水位标尺，其特征在于：摄像机（7）安装在颜色编码尺（1）露出部分的正对面，其拍摄中心线与颜色编码尺（1）表面垂线的夹角不超过±60度，避免在拍摄过程中因角度过大而导致拍摄出来的水位标尺图像产生严重畸变，影响判断结果。

7.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉的色块分界水位标尺，其特征在于：网络服务器（8）中内置卷积神经网络，用于对摄像机（7）拍摄的水位标尺图像进行识别，识别出颜色编码尺（1）上的颜色变化，再通过与初始人工记录的水位以及颜色编码尺（1）的颜色作对比，计算出量水堰水位高度。

8.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉的色块分界水位标尺，其特征在于：包括如下步骤:

步骤1：将颜色编码尺（1）、小球（2）、硬塑料圆柱体（3）、连接杆(4)和摄像机（7）安装到需要监测的地点；

步骤2：摄像机（7）对水位标尺进行拍照；

步骤3：将拍照获取的水位标尺的图像发送上传到网络服务器（8）；

步骤4：网络服务器（8）对拍摄的水位标尺中的颜色编码尺进行图像识别,再计算出水位高度，并将结果存储到网络服务器（8）中；记拍摄的颜色编码尺（1）图片中只出现黑红两种颜色时刻度为0，出现红蓝颜色时刻度为5厘米，蓝白颜色时刻度为10厘米，白绿颜色时刻度为15厘米，由上往下以此类推；设初始人工测量水位为L₀，对应的颜色编码尺（1）刻度为₁，摄像机拍摄的颜色编码尺（1）的图像分为两种类型：第一种类型为拍摄的颜色编码尺（1）图像中包含两种颜色，通过图像识别判断颜色编码尺（1）刻度为₂，则此时的水位读数L=L₀+（₂-₁）；假设初始人工测量水位为1.0米，对应的颜色编码尺（1）的颜色为黑红，此时颜色编码尺（1）对应的刻度为0,随后随机选取一帧摄像机拍摄的水位标尺图片，其中颜色编码尺（1）的图像中显露的颜色为蓝白，则蓝白对应的刻度为10厘米，此时的量水堰水位为1.0+0.1=1.1米，如附图7所示；第二种类型为拍摄的颜色编码尺（1）图片中包含三种颜色；颜色编码尺（1）的图像中间为一个完整的五厘米长的色块，上下为未知长度的与中间不同颜色色块，上部色块与中间色块的长度比为₁，下部色块与中部色块的长度比为₂，则此时的量水堰水位读数L=L₀+5（₁+₂+1）-₁；假设初始人工测量水位为1.0米，对应的颜色编码尺（1）的颜色为黑红，此时颜色编码尺（1）对应的刻度为0,随后随机选取一帧摄像机拍摄的水位标尺图片，其中颜色编码尺（1）的颜色由上至下为2厘米白色，5厘米绿色，3厘米黄色，则此时量水堰水位高度为1.0+0.18=1.18米，如附图8所示；

步骤5：根据得到的水位读数，若水位读数超过网络服务器（8）设定的阈值，则进行实时的监测报警。