[发明专利]一种河流表面平均流速测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理领域，更具体地，涉及河流表面平均流速测量装置及方法。

背景技术

我国的河流众多，对于河流的综合利用，一直占据着我国国家经济与社会发展的重要地位。水文监测信息对预防治理洪涝和水旱灾害以及水资源调控具有重要作用。而流速测量是水文监测的重要工作之一，但是目前的流速测量方法用方面都有一定的局限性。常用的河水流速测量方法主要分为3类。

第一类是传统的流速仪测量法，其主要原理是通过水流带动旋桨转动，记录旋桨转速，通过一定的映射关系可算出流速，但存在着当水质突变，含沙量变大时误差会变大，且水中漂浮物会影响其结果甚至损毁旋浆的问题。

第二类是通过声学多普勒效应来测量流速，主要用于测量船，也存在着设备和人类投入比较大，成本比较高的问题。

第三类是基于视频处理与浮标法结合的水流速度测量方法，频中浮标的运动轨迹结合摄像机标定来计算水流速度。

第三类方法的两个例子是：(1)发明专利“大范围表面流速长的图像处理系统及其同步实时测量方法”(申请号CN1289037A，2000年)，(2)“基于视频处理的河水流速监测系统设计”(韩予皖，太原理工大学硕士论文，2010年)。两个例子均使用了浮标法与图像处理相结合的方案，在使用时需要投入浮标，然后在视频中跟踪浮标或示踪粒子的运动。这两个例子中，采用的跟踪原理都基于浮标与水面在颜色上有明显不同，以水面为背景，浮标为跟踪目标。但该方法需要向摄像机视场中投掷浮标，当浮标漂出摄像机的视场后，就无法检测流速，无法实现对水流速度的不间断实时测量；同时浮标的投掷和回收也是很麻烦的事情。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的河流表面平均流速测量装置及方法。

根据本发明的一个方面，提供一种测量河流表面的平均流速的方法，包括：

S1、基于当前时刻和前一时刻的河流表面图像，获得当前时刻的河流表面图像的运动显著性点或运动显著性区域；

S2、基于一定时间内每一时刻的运动显著性点或运动显著性区域，获得一定时间内的平均位移；以及

S3、基于比尺标定系数、所述一定时间内的平均位移以及帧间时间，获得一定时间内的平均流速。

根据本发明的另一个方面，还提供一种测量河流表面平均流速的系统，包括：

运动显著性检测装置，用于基于当前时刻和前一时刻的河流表面图像，获得当前时刻的河流表面图像的运动显著性点或运动显著性区域；

平均位移检测装置，与所述运动显著性检测装置连接，基于一定时间内每一时刻的运动显著性点或运动显著性区域，获得一定时间内的平均位移；以及

平均流速检测装置，与所述平均位移检测装置连接，所述平均流速检测装置用于基于比尺标定系数和一定时间内每个时刻的平均位移以及帧间时间，获得一定时间内的平均流速。

本申请通过垂直于水面的摄像头获取河流视频，分析其中具有显著运动性的特征图，提取出其中的运动显著性区域或运动显著性点，跟踪各运动显著性区域或运动显著性点对应的位移，联立图像坐标系和与现实空间坐标系的位置映射关系以及帧间时间计算出河流表面实际流速。本申请不需要在水面投掷浮标，而是能利用河水流动过程中本身产生的波动纹理特征或自然漂浮物来测量河流表面平均流速的、且可持续流速测量流速。

附图说明

图1为根据本发明实施例的一种测量河流表面的平均流速的方法流程图；

图2为根据本发明实施例的测量河流表面的平均流速的方法的直方图；

图3为根据本发明实施例的测量河流表面平均流速的系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

为了克服现有技术中需要在水面上投掷浮标，导致的当浮标漂出摄像机的视场后无法检测流速的问题，以及投掷及回收麻烦的问题，本发明提供了一种利用河水流动过程中本身产生的波动纹理特征或自然漂浮物来测量河流表面平均流速的、且可持续流速测量流速的方法。

图1示出了根据本发明实施例的一种测量河流表面的平均流速的方法流程图，包括：

S1、基于当前时刻和前一时刻的河流表面图像，获得当前时刻的河流表面图像的运动显著性点或运动显著性区域；

S2、基于一定时间内每一时刻的运动显著性点或运动显著性区域，获得一定时间内的平均位移；以及