一种基于无人机的机器视觉涌潮流速测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于无人机的机器视觉涌潮流速测量方法，该方法的实现依次包括视频图像采集、灰度化及滤波处理、边缘检测、膨化操作、潮头线提取和涌潮速度计算共六个环节。传统的固定检测方法仅能获取有限点位的水文数据，对于涌潮整体形态和传播机理研究而言，信息量有限。无人机具有机动灵活和检测范围广等优势，有利于获取更加全面的涌潮流速信息。本发明专利技术构建的潮头线检测方法，有效地避免了江面上水纹和波光的影响，识别出任意形态的潮头线，提供精准的点位信息。本发明专利技术提供的涌潮流速测量方法具备测量空间尺度大、潮头线识别精确、非接触式安全性高等优势，可达到更好的涌潮流速测量的要求，为涌潮传播规律的研究提供更加全面的数据支持。更加全面的数据支持。更加全面的数据支持。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人机的机器视觉涌潮流速测量方法


[0001]本专利技术涉及智慧水利领域，特别涉及一种基于无人机的机器视觉涌潮流速测量方法。

技术介绍

[0002]钱塘江是浙江省第一大河，发源于安徽南部，流经皖、浙两省，最后经杭州湾注入东海，潮波在进入杭州湾向上游传播的过程中，潮差不断增大，杭州湾平面急剧收缩，潮差增大，加上钱塘江沙坎使水深迅速减小，使得潮波浅水效应增强，导致潮波变形，在涨潮波前部尤其明显，从而形成水位骤然升高的涨潮潮波前锋线，即为涌潮，他是天下独特的自然景观和宝贵的旅游资源，同时，涌潮还存在着一些巨大的危害，比如涌潮造成河床大冲大淤，不利于通航和沿江两岸安县的开发利用；涌潮掏刷堤防及其他涉水建筑物造成潮灾。因此，为保护钱塘江涌潮这一宝贵的自然资源，缓解乃至消除其灾害，积极开展钱塘江涌潮流速研究，加深对涌潮的认知，具有十分重要的学术意义和实际价值。
[0003]同时，涌潮观测的手段对于涌潮的研究起着非常重要的意义，传统涌潮形态观测主要分为接触式和非接触式两种方法，接触式方法主要采用单点布设水文观测标尺或水位计等方式，采集的涌潮水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机的机器视觉涌潮流速测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：利用无人机搭载云台相机拍摄涌潮视频序列图像；步骤2：对采集到的视频序列图像进行灰度化处理及滤波去噪处理，去除相机摄像时自身产生的噪声和江面产生的部分水纹和光波进而提取出图像中的潮头线；步骤3：对步骤2中的进行去噪处理后的图像利用Canny边缘检测来检测出图像中由于涌潮到来时，水位瞬间上升所产生特征明显的潮头线；步骤4：对进行Canny边缘检测后的图像进行“膨胀”操作，目的是消除检测到的潮头线的边缘之间可能存在的空隙，得到一条连续平滑的潮头线；步骤5：通过循环遍历并筛选图像各行像素突变点的方法，避免受到江面上水纹和光波的影响，从而提取潮头线；步骤6：基于步骤5提取出的潮头线，选取任意像素点计算该像素点的运动速度即为涌潮在该点的瞬时速度。2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的机器视觉涌潮流速测量方法，其特征在于所述步骤1中涌潮视频序列图像的采集过程为：通过无人机搭载云台相机，设置相机的角度始终与地面保持垂直，悬停等待，当涌潮进入相机画面时进入拍摄模式，使得涌潮的传播方向垂直于相机的长边或者短边，以计算涌潮在图像中横轴方向或者纵轴方向上的传播速度。3.根据权利要求1所述的一种基于无人机的机器视觉涌潮流速测量方法，其特征在于所述步骤2中灰度化处理及滤波去噪处理的步骤为：将采集到的彩色图像每个像素点的R,G,B通道分别赋予不同的权重系数进行相加计算改像素点的灰度值，使得彩色的图像能够转化为灰度图像，并且将图像中某一点的像素与其邻域像素点的灰度值按从小到大的顺序进行排列，并将这些从小到大排列的灰度值计算中值，用这个灰度值代替原来这个像素点的灰度值，中值滤波过程中并未对图像最外层一周的像素点进行处理，因此在后续提取潮头线的过程中，遍历图像像素点时跳过最外层像素点的遍历。4.根据权利要求1所述的一种基于无人机的机器视觉涌潮流速测量方法，其特征在于所述步骤3中Canny边缘检测的步骤为：3
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1：图像平滑并计算梯度值；3
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2：非极大值抑制；3
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3：利用双阈值进行检测和边缘连接。5.根据权利要求4所述的一种基于无人机的机器视觉涌潮流速测量方法，其特征在于，所述步骤3
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1中图像平滑具体步骤为：为了减少噪声对图像的影响，Canny算法对图像进行了高斯滤波处理，并且采用一阶有限差分计算偏导数的两个阵列P[i,j]与Q[i,j](P[i,j]和Q[i,j]分别是经滤波处理后的垂直方向和水平方向的梯度)，计算其幅值M[i,j]与方位角θ[i,j]。6.根据权利要求4所述的一种基于无人机的机器视觉涌潮流速测量方法，其特征在于，所述步骤3
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2中非极大值抑制具体步骤为：将中心像素点的梯度幅值与按梯度方向上搜索的相邻两个像素点的梯度幅值进行比较，若中心像素点的幅值均大于这...

【专利技术属性】
技术研发人员：占光洁，丁涛，马志斌，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：