一种基于图像逆透视变换实现水位检测的方法技术

一种基于图像逆透视变换实现水位检测的方法，属于计算机视觉应用的技术领域，所述方法包括：S1：对水位尺检测得到水位尺整体目标区域和水位尺刻度目标区域；同时还对水面分割得到水面分割结果；S2：根据水位尺刻度检测框和水位尺检测框进行倾斜判断，并计算像素距离；S3：利用水位尺检测框顶端与水位线之间的像素距离，结合像素所代表真实距离来计算水位尺真实高度。本发明专利技术充分利用计算机视觉在图像领域中的应用，利用深度学习模型进行水位尺检测和水面分割，通过逆透视变换实现图像中水位尺倾斜校正，通过水位尺与水面分割结果求交获得水位线位置，从而得到精确的水位值。从而得到精确的水位值。从而得到精确的水位值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像逆透视变换实现水位检测的方法


[0001]本专利技术涉及一种基于图像逆透视变换实现水位检测的方法，属于计算机视觉应用的


技术介绍

[0002]水位作为是否安全的警戒线，对于及时高效发出告警信息保证周边人员安全具有重要意义，水位尺作为水位测量中的重要指示工具，在水位监测中发挥着不可替代的作用。当前，水位监测的方法可概括为人工定时观测水位尺，水位计自动采集水位法。前者一般成本较高，存在一定的安全隐患，后者一般采用固定的设备，会存在各种限制普适性不强。随着计算机视觉等技术的研究与应用，基于图像的水位监测技术迅速发展。
[0003]中国专利技术专利CN114485848A公开一种基于AI图像识别的南水北调中线工程水位测量方法，并具体公开：“步骤1，根据水位尺红色刻度特征选择合适的色彩空间模式对所拍摄的图像进行水位尺具体位置的定位并裁剪出水位线以上水位尺部分；步骤2，从裁剪的水位尺图像中依次裁剪出左边水位尺的刻度，包括数字及左边字符“E”；步骤3，用模板识别的方法识别出每个字符及数字大小；步骤4，判断最小数字大小以及其所在位置，判断水位线位置是否在字符中间；步骤5，运用多尺度的方法估算每毫米所占像素大小，根据最后一个数字大小以及水位尺图像垂直方向像素值计算水位准确位置。”该技术中，利用影像特征进行水位尺检测，但特征提取的有限性和真实场景易受其他因素影响的复杂性存在矛盾，因此提取效果存在一定的提升空间。
[0004]中国专利技术专利CN114639064A公开一种水位识别方法，并具体公开：“步骤1，获取水位尺图像，构建水位尺图像数据集；步骤2，构建水位尺检测网络模型；步骤3，利用训练好的水位尺检测网络模型对待识别的水位尺图像进行水位尺刻度预测；步骤4，根据水位尺刻度预测结果，对预测结果进行后处理分析，获取当前水位。”该技术通过构建水位尺检测数据集利用深度学习方法进行水位尺检测，在一定程度上提升了水位尺检测精度，且对场景限制较小。同时该技术利用水位尺以及倒影水位尺存在关系确定水位线，但当水位尺距离水面有一定距离且缺少倒影水位尺时，会产生一定的误差。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术公开一种基于图像逆透视变换实现水位检测的方法。该专利技术用于改善水位尺在图像中倾斜导致水位尺像素距离计算不准确、水位尺检测框底部与水面不接触无法判断真实水位的问题，能够实现实时、高效、精确的水位检测。
[0006]本专利技术详细的技术方案如下：
[0007]一种基于图像逆透视变换实现水位检测的方法，其特征在于，包括：
[0008]S1：利用深度学习算法实现对水位尺检测得到水位尺整体目标区域和水位尺刻度目标区域；同时还对水面分割得到水面分割结果；所述水位尺整体目标区域由水位尺检测框框出，所述水位尺刻度目标区域由水位尺刻度检测框框出，所述水面分割结果是通过上
述深度学习算法对图像进行水面分割所得到的掩膜；
[0009]S2：根据水位尺刻度检测框和水位尺检测框进行倾斜判断，校正水位尺检测框位置偏移问题，并计算像素距离；
[0010]S3：利用水位尺检测框顶端与水位线之间的像素距离，结合像素所代表真实距离来计算水位尺真实高度。
[0011]根据本专利技术优选的，在步骤S1中，具体包括：
[0012]S101：构建同时包含水位尺和水面区域的图像数据集，通过标注工具分别实现水位尺目标区域标注和水面分割区域标注；在进行水位尺目标区域标注中，包括标注水位尺整体区域和水位尺刻度区域(刻度包括：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9)；在进行水面区域标注中包括将水位尺周边水面上的漂浮物标注为水面；
[0013]S102：采用可进行检测和分割的网络对所述图像数据集进行训练得到水位尺检测和水面分割模型，此处所述的可进行检测和分割的网络并不是本专利技术所要保护的内容；
[0014]S103：利用所述水位尺检测和水面分割模型对待检测图像进行检测，得到：水位尺整体目标区域、水位尺刻度目标区域(刻度包括：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9)及水面分割结果。
[0015]根据本专利技术优选的，所述步骤S2具体包括：
[0016]S201：利用水位尺检测框和水位尺刻度检测框进行交并比IoU计算：
[0017]若交并比IoU低于预设阈值时，则判断水位尺刻度检测框内的刻度不属于水位尺刻度，进而过滤掉不属于水位尺刻度的检测框，得到真实的刻度检测框；以txt文件格式保存，包含每个框被识别出的类别及其置信度、检测框的中心坐标x值、中心坐标y值、框宽度和框高度；
[0018]S202：将真实的刻度检测框，依据置信度值进行排序，选取置信度最高和次高的两个真实的刻度检测框，根据两个真实的刻度检测框中心点所在直线校正其他真实的刻度检测框；
[0019]S203：判断所述直线与所述水位尺检测框的中心点进行“与”判断：
[0020]若判断结果为空，则直接通过等比例计算方法求平均来计算像素所代表实际距离，具体来说是对校正好的刻度检测框中心点两两计算像素差，求和取平均计算像素所代表实际距离；
[0021]若判断结果为非空，则执行步骤S204；
[0022]S204：利用各校正好的水位尺刻度检测框的像素坐标进行像素填充，使各刻度检测框像素值为255，图像上的其他区域像素值为0，利用opencv提供的轮廓拟合函数求其最小外接矩形，即得图像上真实的水位尺形态；
[0023]对所述最小外接矩形进行逆透视变换，得到校正后的水位尺图像，再通过等比例计算方法求平均计算像素所代表的实际距离。
[0024]根据本专利技术优选的，所述对该最小外接矩形进行逆透视变换的方法，包括：确定变换后四个角点坐标，对于原始坐标((x0,y0),(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3))分别表示为左下角点坐标、左上角点坐标、右上角点坐标和右下角点坐标，根据左上角点、右上角点两点坐标得实际宽度记为Wsrc,根据右上角点、右下角点两点坐标得实际高度记为Hsrc；
[0025]计算逆透视变换四个目标点(左下目标点，左上目标点，右上目标点，右下目标点)的步骤为：
[0026]当所述直线的斜率k>0时，则逆透视变换四个目标点分别为((x2
‑
Wsrc,y2+Hsrc),(x2
‑
Wsrc,y2),(x2,y2),(x2,y2+Hsrc))；
[0027]当所述直线的斜率k<0时，则逆透视变换四个目标点分别为((x1,y1+Hsrc),(x1,y1),(x1+Wsrc,y1),(x1+Wsrc,y1+Hsrc))。
[0028]根据本专利技术优选的，在步骤S202中，根据两个真实的刻度检测框中心点所在直线校正其他真实的刻度检测框的具体方法：根据所述直线求直线方程，依据其他真实的水位尺刻度检测框的中心点坐标y
’
值，按照所述直线方程确定对应的x
’
值，即计算得到的(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图像逆透视变换实现水位检测的方法，其特征在于，包括：S1：对水位尺检测得到水位尺整体目标区域和水位尺刻度目标区域；同时还对水面分割得到水面分割结果；所述水位尺整体目标区域由水位尺检测框框出，所述水位尺刻度目标区域由水位尺刻度检测框框出；S2：根据水位尺刻度检测框和水位尺检测框进行倾斜判断，校正水位尺检测框位置偏移问题，并计算像素距离；S3：利用水位尺检测框顶端与水位线之间的像素距离，结合像素所代表真实距离来计算水位尺真实高度。2.根据权利要求1所述的一种基于图像逆透视变换实现水位检测的方法，其特征在于，在步骤S1中，具体包括：S101：构建同时包含水位尺和水面区域的图像数据集，通过标注工具分别实现水位尺目标区域标注和水面分割区域标注；在进行水位尺目标区域标注中，包括标注水位尺整体区域和水位尺刻度区域；在进行水面区域标注中包括将水位尺周边水面上的漂浮物标注为水面；S102：采用可进行检测和分割的网络对所述图像数据集进行训练得到水位尺检测和水面分割模型；S103：利用所述水位尺检测和水面分割模型对待检测图像进行检测，得到：水位尺整体目标区域、水位尺刻度目标区域及水面分割结果。3.根据权利要求1所述的一种基于图像逆透视变换实现水位检测的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：S201：利用水位尺检测框和水位尺刻度检测框进行交并比IoU计算：若交并比IoU低于预设阈值时，则判断水位尺刻度检测框内的刻度不属于水位尺刻度，进而过滤掉不属于水位尺刻度的检测框，得到真实的刻度检测框；S202：将真实的刻度检测框，依据置信度值进行排序，选取置信度最高和次高的两个真实的刻度检测框，根据两个真实的刻度检测框中心点所在直线校正其他真实的刻度检测框；S203：判断所述直线与所述水位尺检测框的中心点进行“与”判断：若判断结果为空，则对校正好的刻度检测框中心点两两计算像素差，求和取平均计算像素所代表实际距离；若判断结果为非空，则执行步骤S204；S204：利用各校正好的水位尺刻度检测框的像素坐标进行像素填充，利用轮廓拟合函数求其最小外接矩形，即得图像上真实的水位尺形态；对所述最小外接矩形进行逆透视变换，得到校正后的水位尺图像，再通过等比例计...

【专利技术属性】
技术研发人员：李元，王轮祥，吕克鹏，杜雨，李珊珊，周强，
申请(专利权)人：国网新源控股有限公司，
类型：发明
国别省市：