基于圖像識(shí)別的水位采集方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種基于圖像識(shí)別的水位采集方法，本發(fā)明的特征在于：用圖像識(shí)別的方法辨識(shí)照片上的水面、照片上一個(gè)特定的參照點(diǎn)，結(jié)合照片的中心點(diǎn)，推算水面的水位高度，因?yàn)檎掌男纬墒且粋€(gè)光學(xué)成像過(guò)程，照片上的每個(gè)點(diǎn)與實(shí)物是一一對(duì)應(yīng)的，本發(fā)明利用攝像頭、照片、實(shí)物三者的投影關(guān)系，建立投射三角形，進(jìn)而根據(jù)參照點(diǎn)的高度、參照點(diǎn)與攝像頭的水平距離、攝像頭的高度等信息推算出水面的水位高度。本發(fā)明利用一張照片就可以測(cè)算出河道中河水的水位，使得河道水位的測(cè)算更簡(jiǎn)便，并可以有效地節(jié)省水位站、水文站的建設(shè)成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于圖像識(shí)別的水位采集方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明應(yīng)用在河道水位測(cè)算領(lǐng)域，尤其是圖像識(shí)別的方法來(lái)采集河道水位。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的水位測(cè)量有浮子式、靜態(tài)壓力式、氣泡壓力式、超聲波式、雷達(dá)式、振弦式等，這些方法有的安裝復(fù)雜、有的測(cè)量不夠精確，有的難以適應(yīng)特大洪水過(guò)程，且都難以與測(cè)量其他水文要素的儀器進(jìn)行組合進(jìn)而節(jié)約成本。
[0003]本發(fā)明公開(kāi)的拍照水位測(cè)算方法，使用的設(shè)備是攝像頭，運(yùn)用光學(xué)成像原理和三角函數(shù)推算出水面的水位高度，在高清攝像頭層出不窮的今天，測(cè)量精度可以達(dá)到很高，而攝像頭的購(gòu)置成本卻越來(lái)越低，攝像頭的體積也越來(lái)越小，這些便利的條件使得攝像頭拍照設(shè)別可以很容易地與其他測(cè)量設(shè)備進(jìn)行組合，重復(fù)利用其他測(cè)量設(shè)備的電源電路、數(shù)據(jù)傳輸電路等，從而可以有效地降低水位站、水文站的建設(shè)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明公開(kāi)的基于圖像識(shí)別的水位采集方法中，對(duì)著水邊垂面或斜面拍攝的照片，在圖像識(shí)別模塊識(shí)別出水面和特定標(biāo)識(shí)后，計(jì)算出水位的高度，河邊垂面或斜面可以是橋墩、也可以是斜坡或其他建筑物，特定標(biāo)識(shí)是拍攝前在河邊垂面或斜面上畫(huà)上去的，以便圖像識(shí)別模塊可以準(zhǔn)確地在照片上判讀出來(lái)，特定標(biāo)記對(duì)應(yīng)的水位高度是已知的，拍攝時(shí)攝像頭的位置是固定的，攝像頭對(duì)應(yīng)的水位高度是已知的，攝像頭距離特定標(biāo)記的水平距離是已知的，拍攝角度是已知的，拍攝后照片上的特定標(biāo)記距離照片中心的垂直距離可以測(cè)量出來(lái)，水面距離照片中心點(diǎn)的垂直距離也可以測(cè)量出來(lái)，本發(fā)明用這些已知的參數(shù)和可以測(cè)量的參數(shù)推算出河道中水位的高度，本發(fā)明的特征在于:根據(jù)光學(xué)成像原理，利用攝像頭、照片、實(shí)物三者的投影關(guān)系，建立投射三角形，進(jìn)而根據(jù)一些已知的常數(shù)，通過(guò)三角函數(shù)計(jì)算出河道水位。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用了如下方案:
一種基于圖像識(shí)別的水位采集方法，用于河道水位測(cè)算中，其包括:
獲得對(duì)著水邊的斜坡、水面上的橋墩、水面上的水位標(biāo)尺拍攝的照片后，通過(guò)圖像識(shí)別模塊識(shí)別出水面和特定標(biāo)識(shí)；
測(cè)量出拍攝后照片上的特定標(biāo)記距照片中心的垂直距離和水面距照片中心點(diǎn)的垂直距離；
基于上述測(cè)量出的垂直距離和已知的參數(shù)推算出河道中水位的高度；
其中所述已知的參數(shù)包括:特定標(biāo)記處的水位高度、拍攝時(shí)攝像頭的位置、攝像頭的水位高度、攝像頭距特定標(biāo)記的水平距離、和拍攝角度。
[0006]如圖1所示，拍照水位測(cè)算法，要求用于拍攝的相機(jī)固定在一個(gè)特定的位置上，對(duì)著河邊斜面和水面拍照，斜面也可以是垂直的，斜面可以是水面的橋墩，可以是固定在水中的水位標(biāo)尺，也可以是一個(gè)建筑物或河邊山石，拍攝的照片既包括水面也包括河邊斜面，在斜面上要事先預(yù)備一個(gè)標(biāo)記，以便拍攝后的照片可以被圖像識(shí)別模塊快速判讀出位置來(lái)。
[0007]為便于描述計(jì)算過(guò)程，圖2中做了一些輔助線，點(diǎn)a代表攝像頭的位置，點(diǎn)b是河邊斜面上畫(huà)上去的參照點(diǎn)，點(diǎn)c是攝像頭垂直映射到河床的投影點(diǎn)，W是攝像頭距離參照物的水平距離，Hl是參照物的水位高度，H2是攝像頭的水位高度，河邊斜面的傾角是B，攝像頭的拍攝傾角是A，照片可以視作在投射面上映射(如圖中的投射的照片平面，中心點(diǎn)為g)，假定攝像頭中心線和攝像頭與參照點(diǎn)所在直線的夾角是D，攝像頭中心線和攝像頭與斜坡上的水面所在直線的夾角是E，照片上參照點(diǎn)距離照片中心點(diǎn)的距離m可以測(cè)量出來(lái)，水面距離照片中心點(diǎn)的距離η也可以測(cè)量出來(lái)，則角E的推算過(guò)程如下:
ab與ac的夾角
【權(quán)利要求】
1.一種基于圖像識(shí)別的水位采集方法，用于河道水位測(cè)算中，其包括: 獲得對(duì)著水邊垂面或斜面拍攝的照片后，通過(guò)圖像識(shí)別模塊識(shí)別出水面和特定標(biāo)識(shí)；測(cè)量出拍攝后照片上的特定標(biāo)記距照片中心的垂直距離和水面距照片中心點(diǎn)的垂直距離； 基于上述測(cè)量出的垂直距離和已知的參數(shù)推算出河道中水位的高度； 其中所述已知的參數(shù)包括:特定標(biāo)記處的水位高度、拍攝時(shí)攝像頭的位置、攝像頭的水位高度、攝像頭距特定標(biāo)記的水平距離、和拍攝角度。
2.如權(quán)利要求1所述的基于圖像識(shí)別的水位采集方法，其特征在于: 攝像頭必須對(duì)著河邊垂面或斜面進(jìn)行拍照，且斜面上必須有畫(huà)上去的特定標(biāo)記，這個(gè)標(biāo)記可被圖像識(shí)別模塊判讀出來(lái)，照片必須同時(shí)包括河邊斜面上的標(biāo)記和水面。
3.如權(quán)利要求1所述的基于圖像識(shí)別的水位采集方法其特征在于: 所述水位高度的推算過(guò)程具體包括二個(gè)步驟，第一步計(jì)算出河邊斜面的水面與攝像頭中心點(diǎn)、這二個(gè)點(diǎn)所在的直線與水平面的夾角，第二步求解三角函數(shù)，進(jìn)而求得水位高度。
4.如權(quán)利要求3所述的基于圖像識(shí)別的水位采集方法，其特征在于: 第一步的計(jì)算過(guò)程如下: 假定點(diǎn)a代表攝像頭的位置，點(diǎn)b是河邊斜面上畫(huà)上去的參照點(diǎn)，點(diǎn)c是攝像頭垂直映射到河床的投影點(diǎn)，W是攝像頭距離參照物的水平距離，Hl是參照物的水位高度，H2是攝像頭的水位高度，河邊斜面的傾角是B，攝像頭的拍攝傾角是A，照片可以視作在投射面上映射，投射的照片平面中心點(diǎn)為g，假定攝像頭中心線和攝像頭與參照點(diǎn)所在直線的夾角是D，攝像頭中心線和攝像頭與斜坡`上的水面所在直線的夾角是E，其中，照片上參照點(diǎn)距離照片中心點(diǎn)的距離m可以測(cè)量出來(lái)，水面距離照片中心點(diǎn)的距離η也可以測(cè)量出來(lái)，則角E的推算過(guò)程如下: 直線ab與ac的夾角C = atan (^―I直線ag與ab的夾角D=C-A,直線叼=,caa ι O)從而:求得E = atan
5.如權(quán)利要求3所述的基于圖像識(shí)別的水位采集方法，其特征在于: 第二步的計(jì)算過(guò)程如下: 水面與河邊斜面、合并斜面與河床、攝像頭與河邊斜面上的水面這三點(diǎn)構(gòu)成了一個(gè)三角形，放大這個(gè)三角形，H即為要測(cè)算的數(shù)位高度，角B為合并斜面與河床的夾角，角F是攝像頭與河邊斜面上的水面所在直線與河床的夾角，I是三角形的底邊，j、k是三角形頂點(diǎn)垂足距離左右側(cè)頂點(diǎn)的距離，則H的推算過(guò)程如下: I K /f? Hl、HH ]tk = l'卜；^)’角 F=.(角 A—角 E)，, = —’k = —’即++毛=丨,變換公式得而推算出水位:||=Ξ2|^|?。tao [Si an {t}tm\Sjifj(P)
【文檔編號(hào)】G01F23/00GK103852130SQ201410016112
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】尹憲文, 李玉奎, 杜春輝 申請(qǐng)人:北京艾力泰爾信息技術(shù)有限公司