[发明专利]基于图像处理的水位标尺定位及水位测量方法

说明书

本发明公开了基于图像处理的水位标尺定位及水位测量方法，其中水位标尺定位方法包括计算预先提取的水位标尺图像的标杆主体纵向倾角；依据标杆主体纵向倾角，采用旋转矫正技术得到倾斜矫正后的水位标尺主体图像；对倾斜矫正后的水位标尺主体图像使用标定点技术，修正透视畸变；使用投影法对畸变修正后图像中的缺值部分进行邻近像素修补；并对修补后的图像依据左右分割线的坐标方程进行精确目标裁剪；识别水位标尺的起始位置和与水面分界线位置并以此进行水位标尺主体位置裁剪。本发明针对倾角矫正后的水位标尺图像进行了畸变矫正，解决了图像的视点选择角度造成的目标侧向边界不平行而产生的畸变问题，提高了目标提取的精度。

技术领域

本发明涉及计算机视觉、神经网络与图像处理领域，具体涉及一种基于图像处理的实时水位标尺提取与水位检测的方法。

背景技术

现有水位监测前期基础建设投入大、无法适应复杂背景环境、设备安装要求精度高，需要经常性检修、恶劣天气环境下人工读数不可取；传统基于图像处理的智能水位识别系统中的水位测量标尺定位方法未消除强光与水面折射引起的读数干扰，未考虑到前端视频输入设备的视点选择(即视角选择位于标尺顶部或底部，造成水位标尺侧向边界不平行，存在畸变，对后续水位提取的精度影响；另外由于倾斜矫正后的修正图像存在缺值区域若其倾斜角度过大，直接裁剪会导致标尺有效区域的缺失；在另一方面传统基于图像处理的智能水位识别系统中的水位测量方法对水位标尺主体上下边界的确定是通过向非零区域逼近获得的，而对于非零区域的定位非常模糊。这种方法没有考虑到复杂水文背景对其的干扰因素，例如在存在倒影、水面以下标尺的折射异或标尺背景为复杂自然环境的情况下，其精度会大大减弱甚至失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种精度高、误差小的基于图像处理的水位标尺定位及水位测量方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

在一个方面，本发明提供了一种基于图像处理的水位标尺定位方法，其包括：

步骤一、计算预先提取的水位标尺图像的标杆主体纵向倾角；针对标杆主体纵向倾角采用旋转矫正技术得到倾斜矫正后的水位标尺主体图像；

步骤二、对倾斜矫正后的水位标尺主体图像使用标定点技术，修正透视畸变；

步骤三、使用投影法对畸变修正后图像中的缺值部分进行邻近像素修补；并对修补后的图像依据左右分割线的坐标方程进行精确目标裁剪；

步骤四、识别水位标尺的起始位置和与水面分界线位置并以此进行水位标尺主体位置裁剪。

进一步地，步骤一具体包括：

1.1：对水位标尺图像进行灰度化并作直方图均衡化处理；

1.2：对步骤1.1得到的水位标尺图像进行边缘检测：使用sobel算子对图像进行纵向边缘检测，使用均值滤波去除图像噪声；

1.3：对纵向边缘检测结果作霍夫变换，计算霍夫变换累加器中三个极大值点，其分别对应了水位标尺的左边缘、有边缘以及中心分割线，获取水位标尺左右边缘与中轴线直线方程；

1.4计算三条直线在竖直方向上的偏转角度并记录最大偏转角度θ_max；将图像依据θ_max进行仿射变换实现倾斜矫正得到倾斜矫正后的水位标尺主体图像，

对应左右边缘的表达式如式1，中轴线直线方程的表达式如式2：

y＝k_mx+b_m (2)