CN104574431A - 一种基于视频分析监测pm2.5的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于视频分析监测PM2.5的方法及装置，该方法包括：采集预设位置处的图像；调用预设模板库，所述模板库中包括多个模板集合；获取所述图像的特征数据；通过所述预设模板库确定目标模板，所述目标模板的位置数据及特征数据分别与所述图像的预设位置及特征数据相对应；根据所述目标模板的已知PM2.5数据，获取所述图像对应区域的PM2.5的检测值。发明所提供的基于视频分析监测PM2.5的方法及装置，能够利用视频分析技术来监测PM2.5，与目前国内外监测PM2.5的技术相比，其不但监测范围大、精度逐渐高、使用周期长、维护成低，而且具有实时快速监测的优点。
Description
技术领域
本发明涉及图像技术领域，特别是涉及一种基于视频分析监测PM2.5的方法及装置。
背景技术
大气颗粒物质(Particulate-Matter，简称PM)是大气中固体和液体颗粒物的总称，粒径为0.01-100μm的大气颗粒物，统称为总悬浮颗粒物，而PM2.5是指空气动力学直径小于或等于2.5μm的大气颗粒物。
目前国内外监测PM2.5的方法主要有三种：(1)重量法；(2)β射线吸收法；(3)微量振荡天平法。由于这三种监测方法中，室内外安装的进气管道和设备内的进气管路径经常使用且难以清洗，容易产生重复污染导致检测结果精度低，误差越来越大，正常使用周期短。如果更换管道和管路，不但难度大而且成本有非常高，后期的维护成本将会逐步递增。
因此，本发明提供了一种能够基于视频分析对PM2.5数据进行监测的方法及装置，与上述三种方法相比，其不但监测范围大、精度逐渐高、使用周期长、维护成本低，而且具有实时快速监测的优点。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于视频分析监测PM2.5的方法及装置，目的在于解决现有技术点监测、布点多、时间长、精度低、使用周期短、后期维护成本高的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于视频分析监测PM2.5的方法，包括：
采集预设位置处的图像；
调用预设模板库，所述模板库中包括多个模板集合，所述模板包括模板图像、所述模板图像的特征数据、位置数据以及对应区域内的已知PM2.5数据，所述特征数据为表征图像的像质特征的数据；
获取所述图像的特征数据；
通过所述预设模板库确定目标模板，所述目标模板的位置数据及特征数据分别与所述图像的预设位置及特征数据相对应；
根据所述目标模板的已知PM2.5数据，获取所述图像对应区域的PM2.5的检测值。
可选地，所述特征数据包括所述图像的对比度、饱和度以及信息熵数据；
所述特征数据还包括：描述采集所述图像的季节、时间段以及天气信息。
可选地，在所述获取所述图像的特征数据之前，还包括：
通过所述预设模板库确定配准图像，所述配准图像的位置数据与所述图像的预设位置相同；
将所述图像与所述配准图像进行图像配准；
对所述图像进行裁剪，使得所述图像与所述配准图像的尺寸一致。
可选地，还包括：
预先建立模板，并将多个模板的集合作为预设模板库；
所述预先建立模板包括：
采集第一时间第一天气情况下在预设第一位置处监测到的第一图像；
获取所述第一图像的特征数据以及对应区域内的PM2.5数据；
将所述第一图像、所述特征数据以及所述PM2.5数据进行存储，建立所述模板。
可选地，还包括：
将所述裁剪后的图像、所述图像的特征数据以及所述PM2.5检测值存储至所述模板库中，作为所述模板库中的模板。
可选地，所述通过所述预设模板库确定目标模板包括：
通过所述预设模板库确定多个目标模板；
所述根据所述目标模板的已知PM2.5数据，获取所述图像对应区域的PM2.5的检测值包括：
根据所述多个目标模板的已知PM2.5数据，通过数据拟合的方法获取所述图像对应区域的PM2.5的检测值。
本发明还提供了一种基于视频分析监测PM2.5的装置，包括：
采集模块，用于采集预设位置处的图像；
调用模块，用于调用预设模板库，所述模板库中包括多个模板集合，所述模板包括模板图像、所述模板图像的特征数据、位置数据以及对应区域内的已知PM2.5数据，所述特征数据为表征图像的像质特征的数据；
第一获取模块，用于获取所述图像的特征数据；
第一确定模块，用于通过所述预设模板库确定目标模板，所述目标模板的位置数据及特征数据分别与所述图像的预设位置及特征数据相对应；
第二获取模块，用于根据所述目标模板的已知PM2.5数据，获取所述图像对应区域的PM2.5的检测值。
可选地，还包括：
第二确定模块，用于在所述获取所述图像的特征数据之前，通过所述预设模板库确定配准图像，所述配准图像的位置数据与所述图像的预设位置相同；
配准模块，用于将所述图像与所述配准图像进行图像配准；
裁剪模块，用于对所述图像进行裁剪，使得所述图像与所述配准图像的尺寸一致。
可选地，还包括：
存储模块，用于将所述裁剪后的图像、所述图像的特征数据以及所述PM2.5检测值存储至所述模板库中，作为所述模板库中的模板。
可选地，所述第一确定模块用于通过所述预设模板库确定目标模板包括：
所述第一确定模块具体用于，通过所述预设模板库确定多个目标模板；
所述第二获取模块用于根据所述目标模板的已知PM2.5数据，获取所述图像对应区域的PM2.5的检测值包括：
所述第二获取模块具体用于，根据所述多个目标模板的已知PM2.5数据，通过数据拟合的方法获取所述图像对应区域的PM2.5的检测值。
本发明所提供的基于视频分析监测PM2.5的方法及装置，通过采集预设位置处的图像，将该图像的预设位置及特征数据与预设模板库中的位置数据及特征数据进行比对，确定与该图像相对应的目标模板，然后根据该目标模板的已知PM2.5数据，就能够获取该图像对应区域的PM2.5的检测值。可见，本发明所提供的基于视频分析监测PM2.5的方法及装置，能够利用视频分析技术来监测PM2.5，与目前国内外监测PM2.5的技术相比，不存在对室内外安装的进气管道和设备内的进气管路径进行清洗维护的问题，因此，其使用周期较长、维护成本较低。
附图说明
图1为本发明所提供的基于视频分析监测PM2.5的方法的一种具体实施方式的流程图；
图2为本发明所提供的基于视频分析监测PM2.5的方法的另一种具体实施方式中预先建立模块过程的流程图；
图3为本发明所提供的基于视频分析监测PM2.5的方法的又一种具体实施方式的流程图；
图4为本发明所提供的基于视频分析监测PM2.5的装置的一种具体实施方式的结构框图；
图5为本发明所提供的基于视频分析监测PM2.5的装置的又一种具体实施方式的结构框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明所提供的基于视频分析监测PM2.5的方法的一种具体实施方式的流程图如图1所示，该方法包括：
步骤S101：采集预设位置处的图像；
步骤S102：调用预设模板库，所述模板库中包括多个模板集合，所述模板包括模板图像、所述模板图像的特征数据、位置数据以及对应区域内的已知PM2.5数据，所述特征数据为表征图像的像质特征的数据；
步骤S103：获取所述图像的特征数据；
具体地，所述特征数据可以包括所述图像的对比度、饱和度以及信息熵数据；
作为一种优选实施方式，该特征数据还可以包括但不限于：描述采集所述图像的季节、时间段以及天气信息等其他数据。
步骤S104：通过所述预设模板库确定目标模板，所述目标模板的位置数据及特征数据分别与所述图像的预设位置及特征数据相对应；
步骤S105：根据所述目标模板的已知PM2.5数据，获取所述图像对应区域的PM2.5的检测值。
其中，上述步骤S102以及步骤S103的顺序可以调换，这都不影响本发明的实现。
本发明所提供的基于视频分析监测PM2.5的方法，通过采集预设位置处的图像，将该图像的预设位置及特征数据与预设模板库中的位置数据及特征数据进行比对，确定与该图像相对应的目标模板，然后根据该目标模板的已知PM2.5数据，就能够获取该图像对应区域的PM2.5的检测值。可见，本发明所提供的基于视频分析监测PM2.5的方法，能够利用视频分析技术来监测PM2.5，与目前国内外监测PM2.5的技术相比，不存在对室内外安装的进气管道和设备内的进气管路径进行清洗维护的问题，因此，其使用周期较长、维护成本较低。
在本发明所提供的基于视频分析监测PM2.5的方法的另一种具体实施方式中，与上一实施例相比，该实施例增加了预先建立预设数据库的过程。
首先，需要建立多个模板，如图2所示，预先建立模板的过程具体可以包括：
步骤S201：采集第一时间第一天气情况下在预设第一位置处监测到的第一图像；
步骤S202：获取所述第一图像的特征数据以及对应区域内的PM2.5数据；
步骤S203：将所述第一图像、所述特征数据以及所述PM2.5数据进行存储，建立所述模板。
预先建立模板后，需要将多个模板的集合作为预设模板库。该模板库中包括有不同季节不同时间段不同位置处所采集到的模板图像。
具体地，可以将图像分为雾天、雨天、晴天、阴天四大类，并且每一类均按照间隔时间为1小时作为记录区域。在位置上具体可以等间隔将监测区域分为16个区域，并分别固定镜头高低角，形成远距离和近距离两种类型的图像模板。在每个方位上分别选择一副清晰的图像并将该图像作为该方位上的模板。该模板可以用来后面的图像配准中作为配准图像来使用，也可以作为确定待检测区域的PM2.5值的模板来使用。
本发明所提供的基于视频分析监测PM2.5的方法的又一种具体实施方式如图3所示，与上一实施例相比，本实施例中增加了对图像进行配准的过程，且包括了确定的目标模板的数量为多个时的情况，该方法包括：
步骤S301：采集预设位置处的图像；
具体地，可以将摄像机设置预置位，预置位可以与模板中的位置数据所对应，然后可自动进行转动，从第一个点直到最后一个点，在每个点上停留10秒钟，并且在达到该点3秒后自动采集该位置的图像。
步骤S302：调用预设模板库，所述模板库中包括多个模板集合，所述模板包括模板图像、所述模板图像的特征数据、位置数据以及对应区域内的已知PM2.5数据，所述特征数据为表征图像的像质特征的数据；
步骤S303：通过所述预设模板库确定配准图像，所述配准图像的位置与所述图像的预设位置相同；
在步骤S301后，具体可依据云台的参数确定采集到的图像的位置信息，将该位置信息与预设模板库中模板图像的的位置进行比对，获得相同位置的配准图像。
步骤S304：将所述图像与所述配准图像进行图像配准；
将该图像与配准图像进行图像配准，确定当前图像和配准图像的偏移。
具体地，可以选用基于Harris特征点与Sift方法相结合来对该图像进行配准，当然也可以选择其他配准方法，这都不影响本发明的实现。
步骤S305：对所述图像进行裁剪，使得所述图像与所述配准图像的尺寸一致；
根据计算出的偏移量，按照配准图像尺寸的大小对图像进行裁剪，使其大小与数据库中存储的图像的大小一致，以方便后面的比较。
步骤S306：获取所述图像的特征数据；
作为一种优选实施方式，该图像的特征数据一方面可通过计算所述图像的对比度、饱和度以及信息熵数据获得，另一方面通过其他相关设备获取描述采集所述图像的季节、时间段以及天气信息。
具体地，可以通过图像的整体对比度以及亮度，自动检测出当前的天气类型，当然也可以选择其他方法获得。
步骤S307：通过所述预设模板库确定多个目标模板，所述目标模板的位置数据及特征数据分别与所述图像的预设位置及特征数据相对应；
根据获取得到的采集图像的位置信息，结合该图像的季节、时间段、天气、对比度、饱和度以及信息熵数据等特征数据，在预设模板库中查找对应的模板。该过程可以具体通过先找到符合该季节、时间段、天气的目标模板集合，然后再在该目标模板集合中查找与该图像的对比度、饱和度以及信息熵数据最接近的多个模板记录作为目标模板。
步骤S308：根据所述多个目标模板的已知PM2.5数据，通过数据拟合的方法获取所述图像对应区域的PM2.5的检测值。
作为一种优选实施方式，在上述步骤S308之后，还可以包括：
步骤S309：将所述裁剪后的图像、所述图像的特征数据以及所述PM2.5检测值存储至所述模板库中，作为所述模板库中的模板。
将裁剪后的图像，按照天气以及时间段选择对应的区域存入到模板库中，此外，还将其对应的特征数据以及PM2.5检测值存入到模板库中，形成一条原始记录，之后能够被作为模板来使用。通过采用这种参数自适应校正技术，随着模板库中内存数据的日益扩充，不断地更新数据，会使得监测精度越来越高，后期维护成本也较低。
本发明所提供的基于视频分析监测PM2.5的装置的一种具体实施方式的结构框图如图4所示，该装置包括：
采集模块100，用于采集预设位置处的图像；
调用模块200，用于调用预设模板库，所述模板库中包括多个模板集合，所述模板包括模板图像、所述模板图像的特征数据、位置数据以及对应区域内的已知PM2.5数据，所述特征数据为表征图像的像质特征的数据；
第一获取模块300，用于获取所述图像的特征数据；
第一确定模块400，用于通过所述预设模板库确定目标模板，所述目标模板的位置数据及特征数据分别与所述图像的预设位置及特征数据相对应；
第二获取模块500，用于根据所述目标模板的已知PM2.5数据，获取所述图像对应区域的PM2.5的检测值。
作为一种优选实施方式，该第一确定模块具体用于，通过所述预设模板库确定多个目标模板；
该第二获取模块具体用于，根据所述多个目标模板的已知PM2.5数据，通过数据拟合的方法获取所述图像对应区域的PM2.5的检测值。
本发明所提供的基于视频分析监测PM2.5的装置，通过采集预设位置处的图像，将该图像的预设位置及特征数据与预设模板库中的位置数据及特征数据进行比对，确定与该图像相对应的目标模板，然后根据该目标模板的已知PM2.5数据，就能够获取该图像对应区域的PM2.5的检测值。可见，本发明所提供的基于视频分析监测PM2.5的装置，能够利用视频分析技术来监测PM2.5，与目前国内外监测PM2.5的技术相比，不存在对室内外安装的进气管道和设备内的进气管路径进行清洗维护的问题，因此，其使用周期较长、维护成本较低。
本发明所提供的基于视频分析监测PM2.5的装置的另一种具体实施方式的结构框图如图5所示，本实施例在上述实施例的基础上，增加了如下几个模块：
第二确定模块600，用于在所述获取所述图像的特征数据之前，通过所述预设模板库确定配准图像，所述配准图像的位置数据与所述图像的预设位置相同；
配准模块700，用于将所述图像与所述配准图像进行图像配准；
裁剪模块800，用于对所述图像进行裁剪，使得所述图像与所述配准图像的尺寸一致；
存储模块900，用于将所述裁剪后的图像、所述图像的特征数据以及所述PM2.5检测值存储至所述模板库中，作为所述模板库中的模板。
本发明所提供的基于视频分析监测PM2.5的装置，将裁剪后的图像，按照天气以及时间段选择对应的区域存入到模板库中，此外，还将其对应的特征数据以及PM2.5检测值存入到模板库中，形成一条原始记录，之后能够被作为模板来使用。通过采用这种参数自适应校正技术，随着模板库中内存数据的日益扩充，不断地更新数据，会使得监测精度越来越高，后期维护成本也较低。本发明所提供的基于视频分析监测PM2.5的装置与前面的方法相对应，在此不再赘述。
本发明所提供的基于视频分析监测PM2.5的方法及装置，以地球空间信息科学原理为基础，采用CCD透雾成像技术、红外激光照射成像技术、参数自适应校准技术、转台全天候全方位自动跟踪瞄准技术、数据实时回传技术等，获取检测区域视频真实图像，综合运用“大气散射模型”、“雾天成像模型”、“图像配准”、“图像分离”、“图像特征提取”、“模糊理论与应用”等视频解释技术，对视频进行提取、融合、分离、对比、处理，利用数据拟合方法得到被检测区域的PM2.5数据，借助地理信息平台及视频处理技术实现视频及数字地图显示的协调统一。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种基于视频分析监测PM2.5的方法，其特征在于，包括：
采集预设位置处的图像；
调用预设模板库，所述模板库中包括多个模板集合，所述模板包括模板图像、所述模板图像的特征数据、位置数据以及对应区域内的已知PM2.5数据，所述特征数据为表征图像的像质特征的数据；
获取所述图像的特征数据；
通过所述预设模板库确定目标模板，所述目标模板的位置数据及特征数据分别与所述图像的预设位置及特征数据相对应；
根据所述目标模板的已知PM2.5数据，获取所述图像对应区域的PM2.5的检测值。
2.如权利要求1所述的基于视频分析监测PM2.5的方法，其特征在于，所述特征数据包括所述图像的对比度、饱和度以及信息熵数据；
所述特征数据还包括：描述采集所述图像的季节、时间段以及天气信息。
3.如权利要求1所述的基于视频分析监测PM2.5的方法，其特征在于，在所述获取所述图像的特征数据之前，还包括：
通过所述预设模板库确定配准图像，所述配准图像的位置数据与所述图像的预设位置相同；
将所述图像与所述配准图像进行图像配准；
对所述图像进行裁剪，使得所述图像与所述配准图像的尺寸一致。
4.如权利要求1所述的基于视频分析监测PM2.5的方法，其特征在于，还包括：
预先建立模板，并将多个模板的集合作为预设模板库；
所述预先建立模板包括：
采集第一时间第一天气情况下在预设第一位置处监测到的第一图像；
获取所述第一图像的特征数据以及对应区域内的PM2.5数据；
将所述第一图像、所述特征数据以及所述PM2.5数据进行存储，建立所述模板。
5.如权利要求3所述的基于视频分析监测PM2.5的方法，其特征在于，还包括：
将所述裁剪后的图像、所述图像的特征数据以及所述PM2.5检测值存储至所述模板库中，作为所述模板库中的模板。
6.如权利要求1所述的基于视频分析监测PM2.5的方法，其特征在于，所述通过所述预设模板库确定目标模板包括：
通过所述预设模板库确定多个目标模板；
所述根据所述目标模板的已知PM2.5数据，获取所述图像对应区域的PM2.5的检测值包括：
根据所述多个目标模板的已知PM2.5数据，通过数据拟合的方法获取所述图像对应区域的PM2.5的检测值。
7.一种基于视频分析监测PM2.5的装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集预设位置处的图像；
调用模块，用于调用预设模板库，所述模板库中包括多个模板集合，所述模板包括模板图像、所述模板图像的特征数据、位置数据以及对应区域内的已知PM2.5数据，所述特征数据为表征图像的像质特征的数据；
第一获取模块，用于获取所述图像的特征数据；
第一确定模块，用于通过所述预设模板库确定目标模板，所述目标模板的位置数据及特征数据分别与所述图像的预设位置及特征数据相对应；
第二获取模块，用于根据所述目标模板的已知PM2.5数据，获取所述图像对应区域的PM2.5的检测值。
8.如权利要求7所述的基于视频分析监测PM2.5的方法，其特征在于，还包括：
第二确定模块，用于在所述获取所述图像的特征数据之前，通过所述预设模板库确定配准图像，所述配准图像的位置数据与所述图像的预设位置相同；
配准模块，用于将所述图像与所述配准图像进行图像配准；
裁剪模块，用于对所述图像进行裁剪，使得所述图像与所述配准图像的尺寸一致。
9.如权利要求8所述的基于视频分析监测PM2.5的方法，其特征在于，还包括：
存储模块，用于将所述裁剪后的图像、所述图像的特征数据以及所述PM2.5检测值存储至所述模板库中，作为所述模板库中的模板。
10.如权利要求7所述的基于视频分析监测PM2.5的方法，其特征在于，所述第一确定模块用于通过所述预设模板库确定目标模板包括：
所述第一确定模块具体用于，通过所述预设模板库确定多个目标模板；
所述第二获取模块用于根据所述目标模板的已知PM2.5数据，获取所述图像对应区域的PM2.5的检测值包括：
所述第二获取模块具体用于，根据所述多个目标模板的已知PM2.5数据，通过数据拟合的方法获取所述图像对应区域的PM2.5的检测值。
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| CN110766729B (zh) * | 2019-10-16 | 2023-05-16 | Oppo广东移动通信有限公司 | 图像处理方法、装置、存储介质及电子设备 |
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| CN104574431B (zh) | 2018-04-20 |
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