申请/专利权人：水利部南京水利水文自动化研究所;江苏南水科技有限公司

申请日：2024-02-23

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN117809227A

主分类号：G06V20/40

分类号：G06V20/40;G06T7/73;G06T7/246

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.04.19#实质审查的生效;2024.04.02#公开

摘要：本发明提出了一种基于视频帧的冰流速识别方法，包括视频帧提取、特征点识别、跟踪窗口框定、特征点跟踪、坐标系转换及结果输出5个步骤。本发明通过高性能摄像机无人值守的方式监测冰流速，对特征点采用人工识别或自动识别方式，并基于特征点跟踪结果计算相邻两帧图像之间流冰位移，经过坐标系转换可得到目标流冰在实际河道中发生的位移，除以两帧之间的时间间隔，可以计算出瞬时流冰的速度，方法简便易操作。本发明能够降低冰期水文测验成本，实现在线冰情监测。

主权项：1.一种基于视频帧的冰流速识别方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1.视频帧提取根据采样间隔，将计算时间段内的原始视频数据提取成帧数据存储；步骤2.特征点识别在步骤1存储的视频帧数据中选择第1帧图像，识别图像中的特征点并进行像素点标记，识别方式采用人工识别方式或自动识别方式；所述人工识别方式为：手动选择图像中一像素点作为特征点，记录特征点坐标；所述自动识别方式为：首先在河道测流断面上确定测验垂线位置，接着将测验垂线位置的像素点作为一组初始特征点，记录为初始特征点坐标，n为测验垂线数量；步骤3.跟踪窗口框定框定特征点在图像中能够移动的窗口范围M×N，其中M为窗口长度，N为窗口宽度；步骤4.特征点跟踪记视频第k帧上特征点中心坐标位于的大小为m×n×c的特征像素矩阵为，其在第k+1帧时中心坐标运动到，记为，m为特征像素矩阵长度，n为特征像素矩阵宽度，c为颜色通道数；则对于任意方向上位移，第k帧和第k+1帧中的特征像素矩阵相关系数为： ；当且仅当时有最大值，其中为特征像素矩阵相关系数，为相关系数求解函数，为特征点任意位移大小，为第k帧特征像素矩阵，为第k+1帧位移后的特征像素矩阵；在第k+1帧图像的最大窗口M×N上，对特征点位置周围以m×n×c为单位特征像素矩阵遍历计算与特征像素矩阵的相关系数，寻找相关系数最大值的位置，即为第k+1帧时的特征点对应特征像素矩阵，由此确定特征点位移；特征点位移表明特征像素矩阵在第k到k+1帧的过程中，中心位置由运动到了；记录该特征点位移坐标，循环采用步骤4继续计算第k+2帧、第k+3帧…直至截止时刻的位移坐标；步骤5.坐标系转换及结果输出将特征点像素位移dx转换成现实世界实际位移X，根据河道上标记点S1、S2、S3三点实际坐标，计算点S3到直线S1、S2的实际距离，在直线C1C1′上，水平方向上实际距离与像素距离关系如下： ；其中，C1为过S3做地平线的平行线与l1的交点，C1′为C1关于视中线的对称点，l1为垂直于岸线的一条视线，l1′与l1关于视中线对称，l1和l1′间任意像素坐标点相对于视线l1的实际位移X通过下式计算： ； k、b、b′为预先存储好的参数；通过下式得到冰流速结果： ；式中，为冰流速，k为帧数，为第k+1帧时特征点的实际位移，为第k帧时特征点的实际位移，为第k+1帧时对应的时刻，为第k帧时对应的时刻。

全文数据：

权利要求：

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