CN208476344U - 基于图像识别技术的高精度波浪水位测量系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于图像识别技术的高精度波浪水位测量系统，包括测量杆、固定杆和视频采集器；所述测量杆垂直设置在水体中，固定杆的一端与测量杆顶端连接，所述视频采集器固定在所述固定杆的另一端，且视频采集器面向测量杆设置，用于获取水体液面与测量杆交叉位置的图像信息。本申请通过固定在测量杆上方的视频采集器采集水体液面与测量杆交叉位置的图像信息，图像处理器先标定映射关系，然后通过图像识别，得到水面所处的图像像素坐标，通过映射关系就可以换算为波浪水位。本系统测量原理简单，测量精度高；并且，整个系统结构简单，易携带，系统成本低，方便推广使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于图像识别技术的高精度波浪水位测量系统。
背景技术
水工模型是根据水力相似原理，在水工建筑物模型中观测水流运动规律，为工程设计和运行提供科学依据的研究方法。目前对水工模型中波浪的检测的方法主要有压力式液位检测法、电容式液位检测法、超声波液位检测法。压力式液位检测方法对液体密度要求严格和易受温度影响；电容式液位检测法对电容的判断易受粘附在测量仪器的上的液体的影响，从而影响测量精度；超声波液位检测法是一种非接触式测量，但易受介质影响和在波浪倾斜处测量精度差。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于图像识别技术的高精度波浪水位测量系统，以解决现有波浪水位检测系统测量精度差的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于图像识别技术的高精度波浪水位测量系统，包括测量杆、固定杆和视频采集器；所述测量杆垂直设置在水体中，固定杆的一端与测量杆顶端连接，所述视频采集器固定在所述固定杆的另一端，且视频采集器面向测量杆设置，用于获取水体液面与测量杆交叉位置的图像信息。
进一步地，该系统还包括与所述视频采集器通信连接的图像处理器和与所述图像处理器连接的显示器。
进一步地，该系统还包括支撑杆，所述支撑杆的一端与所述固定杆的中部连接，另一端与测量杆的杆体连接。
进一步地，所述测量杆上还设有刻度线。
进一步地，所述视频采集器通过无线通信单元或有线通信单元与所述图像处理器连接。
进一步地，该系统还包括用于固定所述测量杆的测桥。
进一步地，所述测桥包括支架、设置在所述支架上的滑块和设置在所述滑块上的夹持件，所述夹持件的夹持端用于夹持所述测量杆，夹持件的另一端固定在所述滑块上。
本实用新型的有益效果为：
1、本申请通过固定在测量杆上方的视频采集器采集水体液面与测量杆交叉位置的图像信息，图像处理器先标定映射关系，然后通过图像识别，得到水面所处的图像像素坐标，通过映射关系就可以换算为波浪水位。
2、由于测量杆与视频采集器位置相对固定，因此映射关系唯一确定，只需要对通过图像识别获得水面线处的图像像素坐标，通过映射关系就可以换算为波浪水位。
3、本系统测量原理简单，测量精度高，整个系统结构简单，易携带，系统成本低，方便推广使用。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型一个实施例的结构示意图；
图2为本实用新型一个实施例的测桥的结构示意图；
图3为本实用新型一个实施例的滑块和夹持件的安装结构示意图；
图4为本实用新型一个实施例的空间的点与对应图像的点的映射关系图；
图5为波浪水位随时间变化的曲线关系图。
其中：1、测量杆；11、刻度线；2、固定杆；3、支撑杆；4、视频采集器； 5、图像处理器；6、支架；61、滑块；62、夹持件；7、水浸传感器。
具体实施方式
如图1所示的基于图像识别技术的高精度波浪水位测量系统，包括测量杆1、固定杆2和视频采集器4；所述测量杆1垂直设置在水体中，固定杆2的一端与测量杆1的顶端连接；所述视频采集器4固定在所述固定杆2的另一端，且视频采集器4面向测量杆1设置用于获取水体液面与测量杆1交叉位置的图像信息。测量时，测量杆1垂直安装在水体中，视频采集器4用于实时采集水体液面与测量杆1交叉位置的图像信息，通过图像识别获得水面线所处的图像像素坐标，通过映射关系就可以换算为波浪水位。
根据本申请的一个实施例，该系统还包括与所述视频采集器4通信连接的图像处理器(包括图像识别单元和数据处理单元)和与所述图像处理器连接的显示器。视频采集器4将采集到的水体液面与测量杆1交叉位置的图像信息通过无线通信单元或有线通信单元发送给图像处理器，然后通过图像识别，得到水面所处的图像像素坐标，通过映射关系就可以换算为波浪水位，最后通过显示器将波浪水位随时间变化的曲线关系显示出来。其中，图像识别单元和数据处理单元均采用的现有技术，此处出不再赘述。
根据本申请的一个实施例，所述固定杆2与测量杆1的顶部通过铰链连接，以便于安装和调节。
根据本申请的一个实施例，该系统还包括支撑杆，所述支撑杆的一端与所述固定杆的中部连接，另一端与测量杆的杆体连接。支撑杆用于使固定杆2与测量杆1保持在相对固定位置，使视频采集器4和测量杆1始终保持在相对固定的位置，使用时只需标定一次即可对不同对象或者多次测量。
根据本申请的一个实施例，所述测量杆1上还设有刻度线11，以便对结果进行对比和矫正，并对有刻度的部分与对应的图像结果进行标定，方便对波浪水位进行测量，测量时测量杆1垂直放置于水中。
根据本申请的一个实施例，所述视频采集器4为线阵相机或面阵相机，线阵相机或面阵相机具有的较高灵敏度、较短曝光时间和日渐缩小的像素尺寸。显然地，视频采集器4还可以为其他可以获取到上述图像信息的相机或摄像机。
根据本申请的一个实施例，所述测量杆1的上端部还设有水浸传感器7，当水体淹过其所在的位置时即进行报警。
根据本申请的一个实施例，该系统还包括用于固定所述测量杆1的测桥，以使测量杆1稳定地固定在水体中，以保证测量精度。
根据本申请的一个实施例，如图2所示，所述测桥包括支架6、设置在所述支架6上的滑块61和设置在所述滑块61上的夹持件62，所述夹持件62的夹持端用于夹持所述测量杆1，夹持件62的另一端的与固定在所述滑块61上。滑块61可在支架6上左右滑动，可进一步带动测量杆1左右移动，以便于根据地形需要调节测量杆1的位置。滑块61上设有锁紧装置(未示出)，当滑块61 滑到固定的位置时，可通过锁紧装置将其固定在夹持件62上，防止其在测量过程中再移动。夹持件62的夹持端用于夹紧所述测量杆1，在测量杆1定位过程中，还可以根据需要通过调节夹持件62的夹持位置调节测量杆1的高度，以适应更多水文环境。
本申请的测量基本原理为：
依据测量杠上设置的均匀刻度，对图像采集器获取图像信息进行矫正，矫正后的测量杆1测量端长度与图像采集器获取的图像像素点信息建立映射关系，由于测量杆1与第一支杠位置固定，映射关系就唯一确定，只需要对通过图像识别获得水面线所处的图像像素坐标，通过映射关系就可以换算为波浪水位。
采用线性成像模型，现实空间的点与对应图像的点的映射关系如图4所示。
计算原理为：设测量杆测量段上下端的纵坐标分别为a1，b1，经过小孔成像，在像平面对应的测量杆测量段上下端纵坐标分别a2，b2。由于摄像机测量杆保持一个固定的角度，所以拍摄的图像会存在一定的畸变，实际成像的点并不在线性模型所描述的位置，而是在是失真后的平面，所以在进行图像处理时需要对图像坐标进行矫正，公式可表示为：
y′＝y+δy (1)
式中，y′为线性模型中的像平面的纵坐标点，y为失真平面的纵坐标点，δy为非线性畸变值，与图像点在图像中的位置有关。那么经过矫正后的像平面测量杆测量段上下端坐标分别表示为a′2，b′2。如果摄像机与测量杆保持相对固定，那么a1，b1，a′2，b′2则为固定值。
利用矫正过后的图像测量系统进行波浪水位测量时，需要对获得的图像波浪水位的纵坐标进行实时矫正。如果在像平面检测到当前的波浪水位坐标为c2，经过矫正后为c′2，那么此时对应的实际波浪水位c1为：
图像处理系统实时输出当前实际波浪水位，同时给出波浪水位随时间变化的曲线关系，如图5所示。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种基于图像识别技术的高精度波浪水位测量系统，其特征在于，包括测量杆、固定杆和视频采集器；所述测量杆垂直设置在水体中，固定杆的一端与测量杆顶端连接，所述视频采集器固定在所述固定杆的另一端，且视频采集器面向测量杆设置，用于获取水体液面与测量杆交叉位置的图像信息。
2.根据权利要求1所述的基于图像识别技术的高精度波浪水位测量系统，其特征在于，该系统还包括与所述视频采集器通信连接的图像处理器和与所述图像处理器连接的显示器。
3.根据权利要求1所述的基于图像识别技术的高精度波浪水位测量系统，其特征在于，该系统还包括支撑杆，所述支撑杆连接在固定杆的杆体和测量杆的杆体之间，用于支撑所述固定杆，使固定杆与测量杆保持在相对固定的位置。
4.根据权利要求1所述的基于图像识别技术的高精度波浪水位测量系统，其特征在于，所述测量杆上还设有刻度线。
5.根据权利要求2所述的基于图像识别技术的高精度波浪水位测量系统，其特征在于，所述视频采集器通过无线通信单元或有线通信单元与所述图像处理器连接。
6.根据权利要求1所述的基于图像识别技术的高精度波浪水位测量系统，其特征在于，该系统还包括用于固定所述测量杆的测桥。
7.根据权利要求6所述的基于图像识别技术的高精度波浪水位测量系统，其特征在于，所述测桥包括支架、设置在所述支架上的滑块和设置在所述滑块上的夹持件，所述夹持件的夹持端用于夹持所述测量杆，夹持件的另一端固定在所述滑块上。
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| CN201820563935.4U CN208476344U (zh) | 2018-04-19 | 2018-04-19 | 基于图像识别技术的高精度波浪水位测量系统 |
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|---|---|---|---|---|
| CN110186537A (zh) * | 2019-06-21 | 2019-08-30 | 珠海格力智能装备有限公司 | 设备液位的检测方法及液位检测系统 |
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