CN113703072B - 基于视频的实时降雨强度检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于视频的实时降雨强度检测装置。所述装置用于收集自然降雨时的实时降雨强度数据，包括雨量传感器、处理器及摄像设备，所述雨量传感器用于收集自然降雨时的累计降雨量从而对整个检测装置进行校准，所述摄像设备的镜头恰好对准雨量传感器的承雨口正上方，用于拍摄降雨画面并传输至处理器，由处理器基于降雨画面获得实时降雨强度。其使用时的步骤如下：1)校准雨量传感器，2)对指定区域进行清理，3)安装雨量传感器，4)安置摄影设备5)使用时，传感器与摄影设备同时开启，6)处理器获得实时降雨强度，传感器获得累计降雨量用于对检测装置进行校准，以校准后的装置检测实时降雨强度，7)使用完后，即时停止，8)检测得到实时降雨强度。本发明设备安置合理，安装便捷，成本较低，环境要求低，检测数据准确、可靠。
Description
技术领域
本发明属于降雨量检测技术领域，具体的涉及一种基于视频的实时降雨强度检测装置。
背景技术
现有的降雨监测技术通常是利用机械装备、雷达装置或者雨量筒，特殊情况下也会采用精密设备滴谱仪来获取更精细的数据。但是，这些降雨监测技术无法适应于气候变化的情况下。随着时代的发展，数字视频压缩、网络传输和电子等技术的高速发展，视频监控已经渗透至我们生活的方方面面。由此在基于视频监测以及深度分析下，可以弥补现有技术降雨识别密度不够、局域性不强以及时间消耗大等弊端，在适应气候变化的情况下，准确并且实时监测降雨强度。
针对上述需求，本发明提供了一种基于视频的实时降雨强度检测装置，该装置安置合理，安装便捷，成本较低，环境要求低，检测数据准确、可靠。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足。提供一种基于视频的实时降雨强度检测装置，所述装置安装便捷，成本较低，环境要求低，检测数据准确、可靠。
本发明所采用的技术方案如下：
一种基于视频的实时降雨强度检测装置，用于收集自然降雨时的实时降雨强度数据，所述装置包括雨量传感器、处理器及摄影设备，所述雨量传感器用于收集自然降雨时的累计降雨量，从而对整个检测装置进行校准，所述摄影设备的镜头恰好对准雨量传感器的承雨口正上方，用于拍摄降雨画面，并传输至处理器，由处理器基于降雨视频得到实时降雨强度数据。
上述方案中，进一步的，所述雨量传感器采用翻斗式雨量传感器、虹吸式雨量计或称重式雨量计。
进一步，该装置安装方法包括以下步骤：1)校准雨量传感器，2)对指定区域进行清理，3)安装雨量传感器，4)安置摄影设，5)使用时，传感器与摄影设备同时开启，6) 处理器获得实时降雨强度，传感器获得累计降雨量用于对检测装置进行校准，以校准后的装置检测实时降雨强度，7)使用完后，即时停止，8)检测得到实时降雨强度。
其中所述雨量传感器安装高度为距离地面70厘米，在历年最大积雪深度超过0.3米的地区，安装高度可增高到1.0米和1.2米，所述摄影设备放置在距离雨量传感器0.7～1.3米处；所述装置在检测时应却白场地平整、降雨较为稳定，环境要求为温度在-0～50℃、湿度不大于95％(40℃)以及风速小于5m/s，且距离雨量传感器3～5米内不得高于传感器的遮雨障碍物。所述摄影设备选择深色背景，拍摄时离背景较近，保持拍摄画面不过大，在拍摄时快门速度应调整到1/480秒到1/960秒。
所述雨量传感器与电脑终端连接，且在使用前已接通电源，保持工作状态，并盖上遮雨板，需记录时，即拿即开，停止时，即盖即停。
本发明所提供的装置，结构简单，安置合理，安装便捷，成本较低，环境要求低，需要投入的人工时间少，检测的数据科学准确。
附图说明
下面结合附图和具体实施方法对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明装置进行监测的步骤示意图；
图2是本发明装置的设备摆放图。
具体实施方式
为了使技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的优点和特征更加明显易懂，下面结合附图对本发明的较佳实例进行详细阐述。
如图1所示，为本发明一种基于视频的实时降雨强度检测装置的步骤示意图；该使用方法包括如下：1)校准雨量传感器，2)对指定区域进行清理，3)安装雨量传感器，4)安置摄影设备5)使用时，传感器与摄影设备同时开启，6)传感器获得累计降雨量(通常为 1分钟的累计雨量)，将处理器得到同时段实时降雨强度数据进行统计，与传感器测得的数据比较，从而依据传感器数据对摄影设备的参数或处理器中的参数进行调整，使得最终二者数据偏差不超过10％，7)使用完后，即时停止，8)检测得到实时降雨强度。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤2)中，清理指定区域，要确保场地的平整、降雨较为稳定，区域的环境要求为温度在-0～50℃、湿度不大于95％(40℃)以及风速小于5m/s，且距离雨量传感器3～5米内不得有高于传感器的遮雨障碍物。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤3)中，通过膨胀螺丝等连接工具将雨量传感器固定在离地70厘米高的平台上。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤4)中，摄影设备安置在三脚架上，并同三脚架一起放置在距离雨量传感器1米处，调整镜头至恰好对准雨量传感器的承雨口正上方。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤5)中，雨量传感器在使用前已接通电源，与电脑终端连接，保持工作状态，将遮雨板盖住传感器的承雨口，使用时，即拿即开。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤6)中，获取的累计降雨强度数据自动记录于电脑终端。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤7)中，即时停止是通过人工放置遮雨板来阻止承雨口继续接收雨量，从而达到即时停止检测的目的。
本发明的一种实施例的具体实施过程如下：
1、使用前对雨量传感器校准，检查摄影设备，保证能够正常运行。
2、对指定区域进行清理，保证场地平整，降雨较为稳定，区域的环境条件为温度在- 0～50℃、湿度不大于95％(40℃)以及风速小于5m/s，并且以雨量传感器为中心，确保半径3～5米的区域内无高于传感器的遮雨障碍物。
3、用膨胀螺丝通过所述雨量传感器安装孔将雨量传感固定，筑起一个高70厘米半径要大于10厘米的高台，将其表面打磨平整，之后将雨量传感器放上，观察其水泡是否居中，如果居中就继续实验，如不是继续调整直至水泡居中，之后将膨胀螺丝通过安装孔将雨量器固定在高台上面。
4、将所述的摄影设备安置在三脚架上，镜头对准雨量传感器，摄影架放在距离降雨传感器1米处，将摄影架升降到和雨量传感器平齐的位置，之后将摄影设备安装上去，让镜头保持水平对准承水口的上方。
5、雨量传感器与摄影设备保持同开同关状态，使用前，雨量传感器已连接电源，与电脑终端连接，用遮雨板挡住雨量传感器的承雨口，摄影设备保持关闭状态；使用时，同时打开遮雨板和摄影设备，以分钟为单位时间，利用传感器记录的一定时间内累计降雨量数据对摄影设备及处理器内的参数(如摄像装置曝光量、快门速度、处理器内划分网格大小等)进行调整，使处理器得到的实际降雨强度数据在上述时间内的累计雨量与所述传感器检测数据偏差不超过10％，之后以校准后的参数进行实时降雨强度检测。
6、停止检测，通过人工再次用遮雨板盖在承雨口上方，同时关闭摄影设备。
7、根据以及所拍摄的视频，可以通过如下方法获得实时降雨强度：该方法先采用LSPIV 对视频中的连续帧进行分析，结合透视原理，提取画面对应区域的实际最大雨滴速度值，根据所述最大雨滴速度值对应雨滴在雨滴谱中的超越概率(exceedingprobability)以及对应雨滴的雨滴直径确定雨滴谱分布函数的形状参数，最后根据降雨强度-形状参数经验公式，获得降雨强度具体如下：
1)对连续两帧图像进行灰度化处理后，进行帧差处理得到雨滴运动图像；
2)对雨滴运动图像进行划分网格，遍历网格读取灰度值，灰度不为零的区域即为雨滴可能位置；划分网格时网格大小应大于等于可能出现的最大雨滴直径。
3)对雨滴运动图像上出现雨滴可能位置的网格进行对比，寻找形状相关性最强的两个网格，为同一滴雨滴在两帧时间里的不同图像，所述两个网格底边纵坐标差值为图像雨滴下落该变量；
4)运用透视原理，得到实际雨滴下落改变量H：
其中，f为镜头的焦距，L为镜头至被摄取物体的距离，a为图像雨滴下落改变量；结合两帧时间差可以得到雨滴实际下落速度；
5)得到雨滴运动图像中全部雨滴的实际下落速度，得到其中最大雨滴速度值。
所述最大雨滴速度值对应雨滴在雨滴谱中的超越概率Z根据相邻两帧任一帧画面中包含雨滴的有效网格个数M进行推算：
其中有效网格指相邻两帧内雨滴均在画面内时，包含这些雨滴的网格。
雨滴直径D根据Atlas雨滴速度经验公式获得：
v＝9.65-10.3e-0.6D
其中v为雨滴速度。
雨滴谱分布函数的形状参数λ采用下述公式确定：
其中Z为超越概率，D为雨滴直径。
所述的降雨强度-形状参数经验公式为：λ＝4.1P-0.21，其中P为降雨强度，λ为形状参数。
Claims (7)
1.一种基于视频的实时降雨强度检测装置，其特征在于，用于收集自然降雨时的实时降雨强度数据，所述装置包括雨量传感器、摄影设备及处理器，所述摄影设备的镜头恰好对准雨量传感器的承雨口正上方，用于拍摄降雨画面，并传输至处理器，由处理器基于降雨画面获得实时降雨强度；所述雨量传感器用于收集自然降雨时的累计降雨量,从而对整个检测装置进行校准，所述摄影设备在拍摄时快门速度应调整到1/480秒到1/960秒；
所述处理器基于降雨画面获得实时降雨强度的方法如下：先采用LSPIV对视频中的连续帧进行分析，结合透视原理，提取画面对应区域的实际最大雨滴速度值，根据所述最大雨滴速度值对应雨滴速度值，根据所述最大雨滴速度值对应雨滴在雨滴谱中的超越概率以及对应雨滴的雨滴直径确定雨滴谱分布函数的形状参数，最后根据降雨强度-形状参数经验公式，获得实时降雨强度；
所述获得降雨强度具体如下：
1)对连续两帧图像进行灰度化处理后，进行帧差处理得到雨滴运动图像；
2)对雨滴运动图像进行划分网格，遍历网格读取灰度值，灰度不为零的区域即为雨滴可能位置；划分网格时网格大小应大于等于可能出现的最大雨滴直径；
3)对雨滴运动图像上出现雨滴可能位置的网格进行对比，寻找形状相关性最强的两个网格，为同一滴雨滴在两帧时间里的不同图像，所述两个网格底边纵坐标差值为图像雨滴下落改变量；
4)运用透视原理，得到实际雨滴下落改变量H：
其中，f为镜头的焦距，L为镜头至被摄取物体的距离，a为图像雨滴下落改变量；结合两帧时间差得到雨滴实际下落速度；
5)得到雨滴运动图像中全部雨滴的实际下落速度，得到其中最大雨滴速度值；
所述最大雨滴速度值对应雨滴在雨滴谱中的超越概率Z根据相邻两帧任一帧画面中包含雨滴的有效网格个数M进行推算：
其中有效网格指相邻两帧内雨滴均在画面内时，包含这些雨滴的网格；
雨滴直径D根据Atlas雨滴速度经验公式获得：
v＝9.65-10.3e-0.6D
其中v为雨滴速度；
雨滴谱分布函数的形状参数λ采用下述公式确定：
其中Z为超越概率，D为雨滴直径；
所述的降雨强度-形状参数经验公式为：λ＝4.1P-0.21，其中P为降雨强度，λ为形状参数。
2.根据权利要求1所述的基于视频的实时降雨强度检测装置，其特征在于，所述雨量传感器采用翻斗式雨量传感器、虹吸式雨量计和称重式雨量计。
3.根据权利要求1所述的基于视频的实时降雨强度检测装置，其特征在于，所述雨量传感器安装高度为距离地面70厘米，在历年最大积雪深度超过0.3米的地区，安装高度增高到1.0米和1.2米。
4.根据权利要求1所述的基于视频的实时降雨强度检测装置，其特征在于，所述摄影设备放置在距离雨量传感器0.7～1.3米处。
5.根据权利要求1所述的基于视频的实时降雨强度检测装置，其特征在于，所述装置在检测时应确保场地的平整、降雨较为稳定，环境要求为温度在-0～50℃、湿度不大于95％(40℃)以及风速小于5m/s，且距离雨量传感器3～5米内不得有高于传感器的遮雨障碍物。
6.根据权利要求1所述的基于视频的实时降雨强度检测装置，其特征在于，所述的雨量传感器及所述的摄影设备应同步记录。
7.根绝权利要求6所述的基于视频的实时降雨强度检测装置，其特征在于，所述雨量传感器与电脑终端连接，且在使用前已接通电源，保持工作状态，并盖上遮雨板，需记录时，即拿即开，停止时，即改即停。
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