[发明专利]一种基于计算机视觉的流速测定方法

说明书

本发明公开了一种基于计算机视觉的流速测定方法，包括如下步骤：在待测速河道上选取测流断面，并固定架设摄像机，调节摄像机角度，使选取的测速断面完全进入摄像机视野范围内；在摄像机视野范围内的水面上设置标定板，对摄像机的像素坐标与水流平面的物理坐标进行标定，并固定摄像机的摄像角度和焦距；通过摄像机获取测流断面的图像，根据连续2帧图像上的关键点变化，计算关键点基于像素坐标的位移向量，通过步骤S2中像素坐标与物理坐标的标定关系转换得到该关键点基于物理坐标的位移向量，结合摄像机的帧率，计算该关键点的流速。本发明具有标定方法简单可控，能够降低计算量，对硬件资源要求低等优点。

技术领域

本发明涉及流速测定技术领域，特别的涉及一种基于计算机视觉的流速测定方法。

背景技术

经过多年的发展与积累，人工智能(AI)技术已广泛运用于各行各业之中，尤其在2016年Google开发的AlphaGo围棋人工智能4：1战胜世界冠军李世石之后，AI技术再次受到全球的瞩目，近几年已在各种应用场景中大放异彩。而作为人工智能重要组成部分的计算机视觉(Computer Vision)技术及深度学习(Deep learning)方法，更是取得了长足的进步。人脸识别、工业检测、视频结构化、行人检测、行为分析等已不断地被整合运用在各大领域之中，如智慧安防、智慧社区、智慧工地、智慧城市等。在我国的水利水文行业中，计算机视觉也被运用于解决各类实际问题，如水流速度测定、警戒区闯入检测、水质判断等。

目前，在对水流速度进行计算机视觉测量时，现有的方法往往存在硬件资源要求较高、计算量大的缺点。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种标定方法简单可控，能够降低计算量，对硬件资源要求低的基于计算机视觉的流速测定方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种基于计算机视觉的流速测定方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在待测速河道上选取测流断面，并固定架设摄像机进行视频图像获取，调节摄像机角度，使选取的测速断面完全进入摄像机视野范围内；

S2、在摄像机视野范围内的水面上设置标定板，对摄像机的像素坐标与水流平面的物理坐标进行标定，并固定摄像机的摄像角度和焦距；

S3、通过摄像机获取测流断面的图像，根据连续2帧图像上的关键点变化，计算关键点基于像素坐标的位移向量，通过所述步骤S2中像素坐标与物理坐标的标定关系转换得到该关键点基于物理坐标的位移向量，结合摄像机的帧率，计算该关键点的流速。

进一步的，所述步骤S2中，摄像机的像素坐标与水流平面的物理坐标的标定关系如下：

q₂∝Hq₁

其中，q₁为摄像机的像素坐标，q₂为q₁所对应点在水流平面的物理坐标，H为q₁和q₂的对应关系矩阵。

进一步的，采用如下步骤确定对应关系矩阵H：

将标定关系采用齐次坐标展开表示为：

其中，u₁、v₁和u₂、v₂分别表示像素坐标和物理坐标；

进行归一化处理，令H₃₃＝1，得到：

对于标定板上的任一匹配点的坐标可得如下方程：