[发明专利]一种基于视觉边缘检测的实验室空间波浪实时测量方法

权利要求书

1.一种基于视觉边缘检测的实验室空间波浪实时测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：对摄像机进行标定；

S2：通过摄像机拍摄波浪运动下的波面图像，将波面图像发送到数字信号处理系统；

S3：数字信号处理系统对接收到的波面图像进行视觉边缘检测；

S4：数字信号处理系统对波面图像中的水位线和波面特征进行检测；

S5：数字信号处理系统对检测到的水位特征进行坐标转换；

S6：将水坐标转换结果进行存储，并且实时显示在波面识别显示界面上。

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉边缘检测的实验室空间波浪实时测量方法，其特征在于：步骤S1对摄像机进行标定的方法为张正友标定方法。

3.根据权利要求1所述的一种基于视觉边缘检测的实验室空间波浪实时测量方法，其特征在于：步骤S3所述的视觉边缘检测包括以下步骤：

S31：采用小波变换对所采集波面图像进行滤波去噪，得到去噪后的波面图像A；

S32：对滤波去噪后的波面图像A进行二值化处理，从而突出图像的空间波面特征；

S33：对二值化处理后的波面图像进行高斯滤波，得到平滑的波面图像B；

S34：通过平滑的波面图像B计算波面图像B的梯度值和梯度方向，获取波面图像B的轮廓特征；

S35：根据步骤S34中梯度计算得到的梯度方向，对波面图像B的中的所有点进行遍历，每个点均设定成一次中心点，在所述梯度方向上比较中心点和其他像素点的梯度值大小，若中心点梯度值最大，则保留中心点，否则舍去该点，从而获取较为细化的轮廓边缘；

S36：设置高低两个阈值，如果中心像素点或中心像素点邻域内存在一点大于高阈值，则判断该点为波面图像B的边缘点并对其进行保留，否则舍去该点，从而得到更为细致的边缘轮廓。

4.根据权利要求3所述的一种基于视觉边缘检测的实验室空间波浪实时测量方法，其特征在于：步骤S34获取波面图像B的轮廓特征的方法如下：

S341：通过Sobel水平边缘检测算子对波面图像B进行滤波，得到波面图像B水平方向上的梯度值Gx；

S342：通过Sobel垂直边缘检测算子对波面图像B进行滤波，得到波面图像B垂直方向上的梯度值Gy；

S343：根据勾股定理计算波面图像的梯度值大小为:梯度方向为：从而获取波面图像B的轮廓特征。

5.根据权利要求1所述的一种基于视觉边缘检测的实验室空间波浪实时测量方法，其特征在于：步骤S4所述的水位线和波面特征检测是通过在图像坐标系的原点处，对波面图像的轮廓特征进行自上而下的遍历，当扫描到水位时，从左往右依次获取整条水位线数据信息，进而获取波面的轮廓特征。

6.根据权利要求1所述的一种基于视觉边缘检测的实验室空间波浪实时测量方法，其特征在于：步骤5所述的坐标转换方法包括以下步骤：

S51：实验前在水槽的墙壁上沿竖直方向喷涂刻度尺，刻度尺的量程包含波浪运动的范围；

S52：在波面图像上获取刻度尺最高点的像素纵坐标值x₁，该点的实际高度值y₁，获取刻度尺最低点的像素纵坐标值x₂，该点的实际高度值y₂，对一下方程式进行计算得到常数b、常数k，得到坐标转换函数y＝kx+b；

S53：将采集到的波面图像上特征点像素高度x带入到坐标转换函数中，从而计算得到实际高度值y，完成坐标转换。