CN103686078B - 水面可视化监控方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水面可视化监控方法及装置，先在预定的拍摄位置获取视频图像，视频图像包括参考物体以及水面区域，参考物体地理位置以及预定拍摄位置根据监控的水面区域确定，参考物体中至少有3个地理位置不在一条直线上的参考物体；再进行视频分析，获取视频图像中的水面区域和参考物体的图像；对获得的水面区域进行边缘检测，提取水面轮廓；通过对比提取的参考物体位置与GIS中所存储的参考物体真实地理位置，校正提取的水面轮廓，将校正后水面轮廓叠加绘制到GIS中，根据所绘制GIS实现水面可视化监控。采用本方法和装置，采集数据准确，使用算法简单，处理数据迅速，获取的地表图像分辨率高，实现全天候的水面监控。
Description
技术领域
本发明涉及水面监控技术领域，特别是涉及一种水面可视化监控方法及装置。
背景技术
随着地球生态环境的变化和极端气候的增加，由水资源引起的洪灾和旱灾时有发生，而且往往都会带来较大的经济损失，人们迫切希望能实现对水资源的有效监控。随着信息技术的发展，有越来越多的信息获取手段来实现对水资源的监控。传统的方式是通过遥感卫星获取地面数据，然后通过复杂的数据处理过程，得到地表的图像，由于卫星距离地面较远，这种方式获取的图像分辨率不高，而且卫星容易受到大气中雨雾的影响，很难实现全天候的监控。另外卫星数据一般处理周期过长，对于应急救灾这样要求速度和效率的场合，往往很难达到信息实时获取和处理的要求。
在洪灾的应急指挥救援中，往往通过低空飞行的直升机或悬浮的热气球拍摄水面的实时视频画面并传输到指挥监控中心，作为指挥决策的现场信息进行参考。虽然视频画面具有实时的特点，能够反映出现场的真实情况，但视频画面无法呈现现场的总体形势并提供量化的数据，因此对决策的辅助作用比较有限。
发明内容
基于上述情况，本发明提出了一种水面可视化监控方法，获取的地表图像分辨率高，数据处理周期短，成本低，实现对水面的实时可视化监控。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种水面可视化监控方法，包括以下步骤：
在预定的拍摄位置获取视频图像，所述视频图像为包括参考物体以及水面区域的视频图像；所述参考物体地理位置以及所述预定拍摄位置根据监控的水面区域确定，所述参考物体中至少有3个地理位置不在一条直线上的参考物体；
对所述视频图像进行视频分析，获取所述视频图像中的水面区域和参考物体的图像；
对提取的水面区域图像进行边缘检测，提取水面轮廓；
对比提取的参考物体位置与GIS中所存储的参考物体的真实地理位置，校正提取的水面轮廓，将校正后的水面轮廓叠加绘制到GIS中；
根据所绘制的GIS实现水面可视化监控。
针对现有技术问题，本发明还提出了一种水面可视化监控装置，使用简单方便，适合应用。
具体实现方式为：一种水面可视化监控装置，包括：
视频分析模块，用于对所述视频图像进行视频分析，获取所述视频图像中的水面区域和参考物体的图像；
边缘检测及轮廓提取模块，用于对提取的水面区域图像进行边缘检测，提取水面轮廓；
校正及绘制模块，用于对比提取的参考物体位置与GIS中所存储的参考物体的真实地理位置，校正提取的水面轮廓，将校正后的水面轮廓叠加绘制到GIS中。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的水面可视化监控方法及装置，先在预定的拍摄位置获取视频图像，视频图像包括参考物体以及水面区域，参考物体地理位置以及预定拍摄位置根据监控的水面区域确定，参考物体中至少有3个地理位置不在一条直线上的参考物体；再采用视频分析算法，获取视频图像中的水面区域和参考物体的图像；采用边缘检测和提取算法对获得的水面区域提取水面轮廓；通过对比提取的参考物体位置与GIS中所存储的参考物体的真实地理位置，校正提取的水面轮廓，将校正后的水面轮廓叠加绘制到GIS中，根据所绘制的GIS实现水面可视化监控。采用本方法和装置，采集数据准确，使用算法简单，处理数据迅速，节省时间，获取的地表图像分辨率高，实现全天候的水面监控。
附图说明
图1为本发明水面可视化监控方法的流程示意图；
图2为参考物体位置、形状、大小、颜色和数量示意图；
图3为视频图像拍摄位置示意图；
图4为采用视频分析算法，获取视频图像中的水面区域和参考物体示意图；
图5为提取的水面轮廓示意图；
图6为GIS中存储的参考物体的真实地理位置示意图；
图7为提取的参考物体位置示意图；
图8为将校正后的水面轮廓叠加绘制到GIS中的示意图；
图9为计算水面面积示意图；
图10为本发明水面可视化监控装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
如图1所示，本发明水面可视化监控方法，包括：
步骤S101：在预定的拍摄位置获取视频图像，所述视频图像为包括参考物体以及水面区域的视频图像；所述参考物体地理位置以及所述预定拍摄位置根据监控的水面区域确定，所述参考物体中至少有3个地理位置不在一条直线上的参考物体；
步骤S102：对所述视频图像进行视频分析，获取所述视频图像中的水面区域和参考物体的图像；
步骤S103：对提取的水面区域图像进行边缘检测，提取水面轮廓；
步骤S104：对比提取的参考物体位置与GIS中所存储的参考物体的真实地理位置，校正提取的水面轮廓，将校正后的水面轮廓叠加绘制到GIS中；
步骤S105：根据所绘制的GIS实现水面可视化监控。
从以上描述可知，本方法采集数据准确，使用算法简单，迅速处理数据，节省时间，拍摄的图像分辨率高，对水面进行实时可视化监控，可广泛应用于洪灾旱灾监控，预警和灾害应急指挥调度等场合。
在本方法中，优选地，参考物体的地理位置是事先设定和已知的，参考物体具有固定的形状、大小、颜色和数量，以便于从视频图像中提取作为参考点。参考物体的放置位置不能被环境遮挡，大小要求在视频图像中可进行分辨和检测。参考物体数量越多，进行位置校正时越精确，但计算量也越大，本实施例中参考物体的个数为3个。参考物体的颜色选择单色，白色或黑色，与周围环境颜色差别较大，易于检测。参考物体形状设置为圆形或方形，具有明显的检测特征，如图2所示。
预定拍摄位置优选地为：根据需要监控的水面区域，确定水面面积的最小外接矩形ABCD的空间位置，然后计算矩形ABCD的中心点O的空间位置，利用成像公式1/u+1/v=1/f确定，其中u为物距，v为像距，f为焦距，如图3所示。
水面区域具有固定的特征，采用视频分析方法，从视频图像中获取水面区域图像，参考物体也具有固定的特征，进行视频分析，获取参考物体的图像，从视频图像中得到水面区域和参考物体的图像，如图4所示。
采用边缘检测算法对提取的水面区域进行处理，提取出水面的轮廓，如图5所示。
视频拍摄的图像可能没有地理位置参考信息，并且视频拍摄的图像各不一样，因此提取的水面轮廓大小也不一样，要实现与GIS中的实际基准轮廓匹配，必须根据提取的参考物体位置与GIS中所存储的参考物体的真实地理位置，校正提取的水面轮廓。GIS中存储的参考物体真实地理位置构成的三角形为A1B1C1，提取的参考物体位置构成的三角形为A2B2C2，参考物体的位置不变，则A1B1C1与A2B2C2为相似三角形，根据两个三角形的相似比校正提取的水面轮廓，如图6、图7所示。
将校正后的水面轮廓叠加绘制到GIS中，根据所绘制的GIS实现水面可视化监控，如图8所示。
优选地，将校正后的水面轮廓叠加绘制到GIS中后，还包括计算水面面积，对水面轮廓进行网格划分，统计水面轮廓占据的方格个数，根据每个方格代表的面积，计算水面面积，如图9所示。
如图10所示，本发明的水面可视化监控装置，包括：
视频分析模块，用于对所述视频图像进行视频分析，获取所述视频图像中的水面区域和参考物体的图像；
边缘检测及轮廓提取模块，用于对提取的水面区域图像进行边缘检测，提取水面轮廓；
校正及绘制模块，用于对比提取的参考物体位置与GIS中所存储的参考物体的真实地理位置，校正提取的水面轮廓，将校正后的水面轮廓叠加绘制到GIS中。
如图10所示，本装置各模块连接关系的一个优选的实施例为：视频分析模块、边缘检测及轮廓提取模块和校正及绘制模块依次顺序连接。
在预定的拍摄位置获取视频图像，所述视频图像为包括参考物体以及水面区域的视频图像；所述参考物体地理位置以及所述预定拍摄位置根据监控的水面区域确定，所述参考物体中至少有3个地理位置不在一条直线上的参考物体；通过视频分析模块，获取视频图像中的水面区域和参考物体的图像；利用检测及轮廓提取模块，对提取的水面区域图像进行边缘检测，提取水面轮廓；再通过校正及绘制模块，正提取的水面轮廓，将校正后的水面轮廓叠加绘制到GIS中；根据所绘制的GIS实现水面可视化监控。
作为一个优选地实施例，所述参考物体的个数为3个，形状为圆形或方形，颜色为白色或黑色。
作为一个优选地实施例，所述预定拍摄位置根据监控的水面区域最小外接矩形的空间位置和所述外接矩形中心点的空间位置，利用成像公式1/u+1/v=1/f确定，其中u为物距，v为像距，f为焦距。
作为一个优选地实施例，所述校正及绘制模块后还包括计算模块，用于计算水面面积，所述水面面积为对水面轮廓进行网格划分，统计水面轮廓占据的方格个数，根据每个方格代表的面积，计算得到的水面面积。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种水面可视化监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
在预定的拍摄位置获取视频图像，所述视频图像为包括参考物体以及水面区域的视频图像；所述参考物体地理位置以及所述预定拍摄位置根据监控的水面区域确定，所述参考物体中至少有3个地理位置不在一条直线上的参考物体；所述预定拍摄位置根据监控的水面区域最小外接矩形的空间位置和所述外接矩形中心点的空间位置，利用成像公式1/u+1/v＝1/f确定，其中u为物距，v为像距，f为焦距；所述参考物体具有固定的形状、大小、颜色和数量，参考物体的颜色选择单色；
对所述视频图像进行视频分析，获取所述视频图像中的水面区域和参考物体的图像；
对提取的水面区域图像进行边缘检测，提取水面轮廓；
对比提取的参考物体位置与GIS中所存储的参考物体的真实地理位置，校正提取的水面轮廓，将校正后的水面轮廓叠加绘制到GIS中；
根据所绘制的GIS实现水面可视化监控。
2.根据权利要求1所述的水面可视化监控方法，其特征在于，所述参考物体的个数为3个，形状为圆形或方形，颜色为白色或黑色。
3.根据权利要求1所述的水面可视化监控方法，其特征在于，将校正后的水面轮廓叠加绘制到GIS中后，还包括计算水面面积，所述水面面积为对水面轮廓进行网格划分，统计水面轮廓占据的方格个数，根据每个方格代表的面积，计算得到的水面面积。
4.一种水面可视化监控装置，其特征在于，包括：
视频分析模块，用于对所述视频图像进行视频分析，获取所述视频图像中的水面区域和参考物体的图像；其中，在预定的拍摄位置获取视频图像，所述视频图像为包括参考物体以及水面区域的视频图像；所述参考物体地理位置以及所述预定拍摄位置根据监控的水面区域确定，所述参考物体中至少有3个地理位置不在一条直线上的参考物体；所述预定拍摄位置根据监控的水面区域最小外接矩形的空间位置和所述外接矩形中心点的空间位置，利用成像公式1/u+1/v＝1/f确定，其中u为物距，v为像距，f为焦距；所述参考物体具有固定的形状、大小、颜色和数量，参考物体的颜色选择单色；
边缘检测及轮廓提取模块，用于对提取的水面区域图像进行边缘检测，提取水面轮廓；
校正及绘制模块，用于对比提取的参考物体位置与GIS中所存储的参考物体的真实地理位置，校正提取的水面轮廓，将校正后的水面轮廓叠加绘制到GIS中；其中，根据所绘制的GIS实现水面可视化监控。
5.根据权利要求4所述的水面可视化监控装置，其特征在于，所述参考物体的个数为3个，形状为圆形或方形，颜色为白色或黑色。
6.根据权利要求4所述的水面可视化监控装置，其特征在于，所述校正及绘制模块后还包括计算模块，用于计算水面面积，所述水面面积为对水面轮廓进行网格划分，统计水面轮廓占据的方格个数，根据每个方格代表的面积，计算得到的水面面积。
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