一种基于最大流速先验信息的频域时空图像测速法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于最大流速先验信息的频域时空图像测速方法，包括：假设水深与表面流速成正比例关系，计算断面最大水深和测速线水深；利用当前水位下断面最大流速先验值计算测速线的最大流速先验值；计算测速线的尺度变换因子，并根据频域时空图像测速法的逆变换确定时空图像频谱主方向的搜索区间；在搜索区间内搜索幅度谱极坐标投影的极值，将对应角度作为测速线的频域主方向估计值，并根据频域时空图像测速法的正变换计算测速线的流速值。本发明专利技术可以有效滤除野外复杂光照、水流及气象条件下倒影、耀光、紊流、雨雾、遮挡等环境噪声对时空图像测速法的干扰，从而抑制测量粗大误差，显著改善低流速及高流速测量的稳定性和可靠性。靠性。靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于最大流速先验信息的频域时空图像测速法


[0001]本专利技术属于图像法测流
，涉及一种时空图像测速法，尤其涉及一种基于最大流速先验信息的频域时空图像测速法。

技术介绍

[0002]时空图像测速方法(STIV)是一种以测速线为分析区域、通过检测合成时空图像的纹理主方向估计一维时均流速测量方法。它利用水流示踪物在三维时空域中运动的连续性，采用平行于顺流方向的测速线作为分析区域，在图像空间和序列时间组成的时空图像中检测和示踪物运动相关的纹理方向特征，直接估计指定空间方向上的时均运动矢量。由于具有空间分辨率高、实时性强的优点，在河流水面流速、流量的实时监测中具有特别的应用潜力。
[0003]频域时空图像测速法，通过将空域复杂的纹理主方向检测转换为频域中搜索图像频谱主方向的线性运算，能显著提高算法抗噪性，降低复杂度。然而在实际应用中，阴影、耀光、倒影、障碍物遮挡、风浪、雨雾等环境干扰因素容易导致背景噪声过大，时空图像幅度谱的信噪比偏低，使得时空图像纹理主方向的检测出现粗大误差，从而引起流速测量失效。
[0004]所以，需要一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于最大流速先验信息的频域时空图像测速方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：假设水深与表面流速成正比例关系，根据已知的断面地形和水位信息计算断面最大水深和测速线水深；S2：基于断面最大水深和测速线水深，利用当前水位下断面最大流速先验值计算测速线的最大流速先验值；S3：基于变高水面摄影测量模型计算测速线的尺度变换因子，并根据频域时空图像测速法的逆变换确定时空图像频谱主方向的搜索区间；S4：在搜索区间内搜索幅度谱极坐标投影的极值，将对应角度作为测速线的频域主方向估计值，并根据频域时空图像测速法的正变换计算测速线的流速值。2.根据权利要求1所述的一种基于最大流速先验信息的频域时空图像测速方法，其特征在于，所述步骤S1中测速线水深的计算方式为：已知断面任意两点地形(x0,h0)、(x1,h1)，根据线性地形插函数得到两点间单条测速线上的断面地形h
l
：以地面为基准点的水位值B和单点地形插值h
l
计算得到测速线水深D
l
：D
l
＝B
‑
h
l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)。3.根据权利要求1所述的一种基于最大流速先验信息的频域时空图像测速方法，其特征在于，所述步骤S2中测速线的最大流速先验值的计算方式为：其中，V
max
为测速线的最大流速先验值，D
smxa
为断面最大水深，V
fmax
为当前水位下断面最大流速先验值。4.根据权利要求1所述的一种基于最大流速先验信息的频域时空图像测速方法，其特征在于，所述步骤S3中测速线的尺度变换因子的计算公式为：其中，j、n、f分别为图片尺寸、像素大小、相机焦距，通过相机的内参标定得到，图像传感器的像元尺寸s可由内参标定结果计算得到；相机俯仰角α通过相机的外参标定校准；摄像机水面高程H等于水位值B和摄像机距地面高度H
C
之和：H＝H
c
+B
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)。5.根据权利要求1或4所述的一种基于最大流速先验信息的频域时空图像测速方法，其特征在于，所述步骤S3中基于变高水面摄影测量模型计算测速线的尺度变换因子的具体过程为：A1：在实验室对摄像机进行内参标定：在实验室中标定相机内参矩阵K和畸变参数矩阵D如下：
D＝[k
1 k
2 p
1 p2]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)其中(C
x
,C
y
)表示畸变图像的像主点坐标，C
y
表示像主点的纵坐标，f
x
、f
y
分别表示摄像机在像平面x轴和y轴方向上的等效焦距，k1表示第一径向畸变系数，p1表示第一切向畸变系数，k2表示第二径向畸变系数，p2表示第二切向畸变系数，根据图像传感器的像元尺寸s得到相机焦距f：f＝(f
x
+f
y
)
·
s/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)畸变参数用于图像的非线性畸变校正：其中，(x',y')和(x,y)分别为畸变和无畸变的相机坐标，它们与对应的图像坐标(u',v')和(u,v)间满足：v')和(u,v)间满足：以上三式建立了无畸变图像坐标到畸变图像坐标的变换关系；A2：进行相机的外参标定：将摄像机架设到岸边，读取集成在摄像机上的三轴传感器数值得到俯仰角α＝，横滚角ω，由于相机和激光测距仪的中心并不完全重合，畸变校正后需要继续进行偏心角的检校，偏心角定义为相机和测距仪的三个旋转角，方位角置零，检校俯仰角α以及横滚角ω：其中，E
X
、E
Y
表示所有网格在X和Y方向尺寸的均方根误差：M、L表示棋盘格内角点的数量，(X
i,j
，Y
i,j
)表示其物方坐标，D
X
、D
Y
表示网格尺寸的真值；A3：建立...

【专利技术属性】
技术研发人员：张振，董睿，袁章，周冰倩，杨家伟，张婷，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：