[发明专利]一种基于摄影测量的小水槽波浪要素的提取方法

权利要求书

1.一种基于摄影测量的小水槽波浪要素的提取方法，其特征在于，包括水槽、造波器、吹风设备、消波板和摄像机；造波器制造波浪，吹风设备制造风浪，通过水槽的一侧的造波器造波，造波器下方是一个楔形块体，造波器以设定频率上下移动楔形块体，楔形块体的斜面与水面接触，对水面起力的作用，做上下运动，形成波浪；在水槽远离造波器的另一侧放置消波板，消波板削弱波浪遇水槽壁后产生反射波所造成的误差；

包括如下步骤：

100：视频录制与图像提取；

200：RGB数据提取；

300：灰度处理；

400：欧拉法提取波形、波高和周期；

500：拉格朗日法提取波速和波长；

600：海浪频谱提取并获取谱峰周期、平均周期及平均波高。

2.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，在步骤100中还包括，在所述水槽造出的波浪通过所述摄像机完成采集，拍摄视频时从所述水槽的一侧横向水平拍摄。

3.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，在步骤200中还包括，通过读取视频，保存单帧图像，获得一定时间间隔内的波浪现场图像，将读取到的单帧图像转化为RGB的三分量灰度图。

4.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，在步骤300中还包括，利用灰度图像中波浪的水体与空气界面的灰度差异，对图像灰度进行边缘处理，使得图像颜色呈现两极化，突出边界，获得清晰的波线；

初步判断水体与空气的灰度阈值，选取临界值为40，将颜色较深的水体，即RGB值小于40的像素点，均令为黑色为0；将颜色较浅的空气，即RGB值大于40的像素的，均令为白色为255；

将颜色进行两极化处理之后，即可以得到边界分明的波浪图像；对灰度处理后的图像进行分析，读取每个像素点的灰度值，找到第一个黑色像素点的坐标，得到第一列数据的水体与空气分界点，依次类推得到其他列的第一个黑色像素点坐标，将各个第一黑色像素点连接得到水体与空气的分界线，即可得到单帧图像的准确波线。

5.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，在步骤400中还包括：选定图像中的一列像素点，寻找水体与空气的界面点，得到间隔Δn张图像的时间间隔Δt的离散点，Δt＝FPS*Δn，通过等比例转换，选取每张单帧图像的中心轴线来观察波面位置，记录相应的像素坐标，即可绘制中心轴线处的波形随时间变化的图；其中，FPS是Frames Per Second的缩写，中文含义为帧速率；

在拍摄视频时，预先测得了静止水平面高度，当波面从静止水平面以下上升至静止水平面以上时，波面与静止水平面的交点即为上跨零点，反之，当波面从静止水平面以上下降至静止水平面以下时，波面与静止水平面的交点为下跨零点；

利用上跨零点或下跨零点计算波周期：相邻两个上跨零点所对应的时间分别为t₀₁、t₀₂，即可得到上跨零点周期T₀＝t₀₂-t₀₁；

利用波峰和波谷计算波周期：相邻两个波峰或波谷所对应的时间分别为t₁₁、t₁₂，即可得到周期T₁＝t₁₂-t₁₁；波高是相邻的波峰和波谷间的垂直距离，获取波峰、波谷的像素坐标(x₁,y₁)、(x₂,y₂)，通过作差的方式得到某一波高H₁＝|y₁–y₂|，将得到的所有波按照波高从大到小排列，取最大的前1/3个波的波高做平均即可得到有效波高H_1/3，其对应的周期做平均即为有效周期T_1/3，取最大的前1/10个波的波高做平均即可得到1/10大波波高，其对应的周期平均为1/10大波周期；对所有的波高H_i进行算数平均即可得到平均波高H_m，对所有的周期T_i进行算数平均即可得到平均周期T_m。