[发明专利]一种河流表面流速检测方法和装置

说明书

本发明公开一种河流表面流速检测方法和装置，方法包括：获取连续多帧河流表面水流图像；进行图像预处理得到矢量形式的灰度图像；获取预标记点在图像上的对应点像素坐标，预标记点包括河流范围标记点和多个测速点；根据各测速点的像素坐标信息确定相应模板的位置；对图像和模板进行多层离散小波变换处理，获得时频离散的处理结果图像；分别用各模板与河流表面图像在低频分量区域进行模板匹配，得到各帧图像中分别对应各模板的最佳匹配区域中心点位置；根据最佳匹配区域中心点位置以及对应的模板中心点位置，计算相邻帧之间测速点的实际位移进而结合河流断面数据，计算河流的表面流速。本发明能够适用于各种复杂条件下的待检测环境，并具有环保性和较好的实时性。

技术领域

本发明涉及水文检测技术中的流速测量领域，特别是一种结合时频分析和图像匹配的河流表面流速检测方法和装置。

背景技术

我国江河众多且降水丰富，因此对天然河流、湖泊以及海洋表面流速的实时监测是一个必要的研究工作。对河流表面流速的测量有利于水资源管理，并且可以有效的预防洪涝灾害，保护国家和人民的财产安全。但我国地势复杂，很多河流并不容易测量，特别是在汛期的测量工作更是难以进行。传统流速仪法、声学法和雷达法在这种极端条件下施测时的精确性、时效性和安全性难以保证。而现有的基于图像处理的测流技术大多需要使用人工喷洒示踪粒子，这不仅会造成环境污染也提高了工程成本。

传统的接触式测流方法如专利：一种倒置多普勒流速仪探头测量水体表面流速的测量装置及其使用方法(公开号：CN108196086A)，通过布置在水中底泥上方的底座上的多普勒流速仪探头测量河流表面流速，但此方法存在布设困难、人工维护困难等问题。基于图像处理的测流方法如专利：一种基于图像模式识别的河流流速测量方法(公开号：CN106097389A),首先对数据库进行训练得到分类器，然后利用得到的分类器对需测量的图像进行分类识别，进而得到对应河流图像及相应的流速范围，但此方法训练过程计算量大，只能得到河流图像的预估流速范围；一种基于尾流纹路识别的水面流速测量方法(CN109188020A)，通过三维欧式距离邻接图的形状预判雷诺数Re的大小，再结合雷诺数预判结果，根据残值的拟合关系反推具体的雷诺数Re，最后得到来流流速；一种河流表面平均流速测量装置及方法(CN106841673A)，首先获取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，然后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，最后根据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，此方法虽然无需抛洒示踪物，但需存在运动显著性点或运动显著性区域，如果特征不显著，则算法失效。

发明内容

本发明的目的是提供一种河流表面流速检测方法和装置，结合时频分析与图像匹配技术，实现一种非接触式的流速检测方法，能够适用于各种复杂条件下的待检测环境，并具有环保性和较好的实时性。本发明采用的技术方案如下。

一方面，本发明提供一种河流表面流速检测方法，包括：

获取连续多帧河流表面水流图像；

对获取到的图像进行预处理，得到河流表面水流的灰度图像，将所述灰度图像转换为矢量形式并存储；

获取预标记点在转换后图像上的对应点的像素坐标信息，所述预标记点包括河流范围标记点和多个测速点；

根据各测速点的像素坐标信息确定相应模板的位置，得到模板图像；

对各转换后的图像以及模板图像分别进行多层离散小波变换处理，获得时频离散的处理结果图像；

基于所述处理结果图像，分别用各模板图像的低频分量区域与河流表面水流图像的低频分量区域进行模板匹配，得到各帧河流表面水流图像图像中分别对应各模板的最佳匹配区域中心点位置；

根据所述最佳匹配区域中心点位置以及对应的模板中心点位置，计算相邻帧之间测速点的实际位移；