申请/专利权人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院

申请日：2021-03-17

公开（公告）日：2023-12-29

公开（公告）号：CN112862820B

主分类号：G06T7/00

分类号：G06T7/00;G06T7/194;G06T7/90;G06T5/00;G06T5/50

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.12.29#授权;2021.06.15#实质审查的生效;2021.05.28#公开

摘要：本发明涉及一种基于图像识别技术的测压管群水深智能获取装置及其水深获取方法，该装置包括过流建筑物，通过多个测压点阵列布置在所述过流建筑物边壁处的多个输水管，连接在所述输水管另一端的测压管，可浮动内置于所述测压管水面的浮球，固定在所述测压管一侧、且用于定点采集测压管群（多个测压管）内浮球运动状态的摄像机，以及与所述摄像机连接的计算机。本发明可自动同步获取多个测压管内的水深随时间的变化过程，迅速得出同一时刻内预定水域的水面变化状态；能计算统计出各测压管水深的最大值、最小值等特征参数，获取的数据更加丰富、全面；对由图像识别模块自动获取多个测压管水深，自动化程度高，可有效避免人为误差，数据可靠。

主权项：1.一种基于图像识别技术的测压管群水深智能获取方法，其特征在于，所述测压管群水深智能获取方法基于测压管群水深智能获取装置以实现；所述测压管群水深智能获取装置包括过流建筑物、输水管、测压管、测压排、浮球、摄像机和计算机；所述过流建筑物为水压力测量对象，边壁布置测压点；所述输水管两端分别连接测压点和测压管；所述测压管为透明玻璃圆管，垂直布置于测压排上，底部与输水管一端连接；所述测压排同时布置多个测压管；所述浮球置于测压管内部，漂浮于水面并随着水面上下移动；摄像机采用侧拍的方式摄取多个测压排内浮球运动的视频，将视频导入计算机，由图像识别算法对图像进行预处理、自动识别浮球轮廓、同步获取多个测压管水深时间序列；多个测压管之间相互平行排布并通过测压排固定；多个测压管共同垂直于水平面排布；当水深发生变化时会促使浮球浮动，该浮球浮动的过程会被摄像机捕捉，并由计算机完成对浮球的轮廓识别；所述测压管为透明玻璃圆管，所述输水管与所述测压管的底部连接，所述测压排选择白色，浮球采用红色；所述测压排容纳在所述摄像机的拍摄范围内，所述摄像机与所述测压排的倾角在预定范围内；所述摄像机采用侧视拍摄的方式定点拍摄多个测压管内浮球运动过程的视频；所述计算机与摄像机连接，计算机采用图像识别算法对拍摄的视频中每帧图片中多个浮球轮廓进行识别，并计算浮球中心点坐标，而后获取各测压管内水深随时间的变化过程；所述测压管群水深智能获取方法包括如下步骤：步骤1、摄像机标定，获取标定系数r，获取测压排基准线像素垂向坐标；步骤2、摄像机拍摄各测压管内浮球运动过程的视频；步骤3、将摄像机拍摄的视频载入计算机；步骤4、计算机内的图像识别模块采用图像识别算法依次对视频内每帧图片中多个浮球轮廓进行识别，获取浮球中心坐标，计算得到水深的像素值，并根据标定系数r计算实际水深值；步骤4-1、将视频分离为系列图像，并依次读取；步骤4-2、图像预处理，得到二值化图；步骤4-2a、将每帧图像转换为灰度图，获取灰度图的数值矩阵，该步骤根据需要选择分量法、平均法和加权法中的一种；采用分量法获取灰度图的转换公式如下： ；采用平均法获得灰度图的转换公式如下： ；采用加权法获得灰度图的转换公式如下： ；式中，表示原始RGB通道上的色彩图转换后的灰度图，、分别表示红、绿、蓝三个通道的分量图，分别表示红、绿、蓝三个分量图的权重，；步骤4-2b、对灰度图的数值矩阵进行二值化操作，获取二值化图的数值矩阵：初始化阈值： ；式中，表示图像的最大灰度值，表示图像的最小灰度值；根据阈值将图像分割为前景和背景，并分别求出前景所对应的平均灰度值、背景所对应的平均灰度值： ； ；式中，各符号含义同上；步骤4-2c、对二值化图的数值矩阵进行开操作，消除噪点，对浮球轮廓的裂隙进行融合，更新二值化图的数值矩阵；开操作具体包括腐蚀操作和膨胀操作；B对A的腐蚀操作定义为： ；B对A的膨胀操作定义为： ；式中，A表示二值化图；B表示卷积核；步骤4-3、识别各浮球轮廓，计算浮球中心点竖向坐标；步骤4-4、计算浮球中心点竖向坐标与测压排基准线垂向坐标的差，得到水深的像素值hp；步骤4-5、将水深像素值乘以标定系数r，得到该实际水深值ht；步骤4-6、判断当前图片是否为视频最后一帧，若不是，则返回步骤4-1循环计算，否则结束，并统计水深特征值；步骤5、计算机保存识别和计算结果。

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