基于二维码标识符的水位获取方法、装置、设备及介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开基于二维码标识符的水位获取方法、装置、设备及介质，包括定制水尺，左右两列二维码标识符和左右两列水尺刻度沿水尺长度延伸方向交错设置，二维码标识符内设二维码，将水尺设在目标水域中且记录多个二维码标识符对应的第一像素坐标集，获取目标水域水尺图像中多个二维码标识符对应的第二像素坐标集且获取其与第二像素坐标集之间的偏移，通过矩阵变换方法消除偏移，建立特征提取模型，根据水尺的像素坐标得到第一水位线世界坐标，根据二维码标识符和水尺刻度得到第二水位线世界坐标，将第一水位线世界坐标和第二水位线世界坐标加权得到最终水位值，本发明专利技术水尺容易识别，在水尺发生倾斜时或摄像头发生抖动时，仍能够精准获取水位值。能够精准获取水位值。能够精准获取水位值。

【技术实现步骤摘要】
基于二维码标识符的水位获取方法、装置、设备及介质


[0001]本专利技术涉及图像处理
，具体涉及基于二维码标识符的水位获取方法、装置、设备及介质。

技术介绍

[0002]水位是河流湖泊的基本水文要素之一，获取精确的水位值对于水资源调度和防汛排涝抗旱有着重要意义。随着计算机视觉领域的兴起，现有的获取水位值的方法主要是视频识别水位法，通过摄像机拍摄含水尺的水区图片，利用人工智能方法分割水位线，识别水尺的水位值信息。
[0003]现有水尺基本上都为传统E型水尺，传统E型水尺为颜色相同的E型图案按照水尺长度交错布置，每个E型图案一侧设有5个等距的刻度。此类水尺在视频识别水位过程中存在以下问题：1.由于大风天气等因素影响，导致摄像头出现偏移或抖动，在摄像头出现偏移或抖动时可以通过摄像头的预置程序回到预设的位置，但是因为云台的精度有限，利用视频识别技术进行水尺识别时会出现基准定位误差较大，以致于读数存在较大误差的情况；2.颜色对比不明显，水尺纹理不清晰，导致图像处理存在偏差，影响最终结果；3.传统E型水尺底色部分和刻度面板无法在夜晚环境下清晰展示，夜晚环境下图像失真很严重，无法通过视频识别技术进行水尺识别；4.极端天气或外物影响可能会导致水尺发生倾斜，使得查找矫正困难，进而导致水尺读数出现较大误差。

技术实现思路

[0004]根据现有技术的不足，本专利技术的目的是提供基于二维码标识符的水位获取方法、装置、设备及介质，使水尺更加容易识别，且在水尺发生倾斜时或摄像头发生抖动时，仍能够精准获取水位值。r/>[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：基于二维码标识符的水位获取方法，包括以下步骤：定制水尺，所述水尺上设有标识层，所述标识层上设有二维码标识符和设在所述二维码标识符一侧的水尺刻度，左右两列所述二维码标识符和左右两列所述水尺刻度沿所述水尺长度延伸方向交错设置，所述二维码标识符包括第一边框、设在所述第一边框内的第二边框和设在所述第二边框内的二维码，所述第一边框和所述第二边框之间存在色差，所有二维码均不相同，所述标识层由防水可夜视材料制成，将所述水尺放置在目标水域中且与水面保持垂直，标定水尺后记录水尺中多个二维码标识符对应的第一像素坐标集；采集目标水域的水尺图像集，将水尺图像集标注分类为水尺和非水体部分，建立特征提取模型提取水尺和非水体部分的特征信息；获取目标水域的新水尺图像，对新水尺图像记录水尺上多个二维码标识符对应的第二像素坐标集，比较第一像素坐标集和第二像素坐标集之间的偏移，当偏移在一定阈值以上，通过矩阵变换方法消除偏移后，通过特征提取模型提取新水尺图像中水尺和非水体
部分的特征信息，获取水尺的像素坐标，进而获取第一水位线世界坐标，当偏移在一定阈值以下则直接通过特征提取模型提取新水尺图像中水尺和非水体部分的特征信息，获取水尺的像素坐标，进而获取第一水位线世界坐标，再根据新水尺图像中二维码标识符和水尺刻度计算第二水位线世界坐标，根据第一水位线世界坐标和第二水位线世界坐标进行加权处理得到最终水位值。
[0006]进一步地，水尺图像的获取方法为：采集摄像头拍摄的不同时间段下的含水尺的水流视频，采用抽帧的方法对视频进行处理，每间隔s帧抽取一帧为水尺图像。
[0007]进一步地，获取新水尺图像水尺上多个二维码标识符对应的第二像素坐标集的方法为：使用canny算子进行边缘检测，通过设置边缘结构分析，去除新水尺图像中非直线边缘，在直线边缘进行邻接边缘查找，定位新水尺图像中的所有四边形边缘，在检测到的四边形内生成点阵列计算每色块的值，再根据局部二值模式构造简单分类器对四边形内的色块进行分类，获取新水尺图像多个二维码标识符对应的第二像素坐标集。
[0008]进一步地，矩阵变换方法为：建立第二像素坐标集和第一像素坐标集间的矩阵变换关系式，确定变化矩阵，使用该变化矩阵，对新水尺图像进行矫正，消除新水尺图像偏移。
[0009]进一步地，特征提取模型以yolov5网络模型作为基础网络，将打标签后的水尺图像输入到yolov5网络模型中，通过输入层将打标签后的水尺图像缩放为网络适应的大小，经过focus结构获取打标签后的水尺图像特征映射，将yolov5网络模型头部网络解除耦合关系，单独进行打标签后的水尺图像特征的上采样与下采样部分，加快模型收敛速度和增强图片语义信息的获取，同时去除其全连接层，将经过采样获取的水尺图像特征经过卷积层进行特征映射，获取水尺和非水体部分的特征信息。
[0010]进一步地，特征提取模型提取到的水尺特征信息中，水尺包括水尺本体和水尺倒影，取水尺本体边界框最底部水平边界线和水尺倒影边界框最顶部水平边界线的中间值作为水位线获取第一水位线的世界坐标。
[0011]进一步地，在计算第二水位线世界坐标的过程中，获取新水尺图像中所有完整的二维码标识符与对应的像素坐标，检测水位线与距离水位线最近的二维码标识符最底部色块之间的距离，如果水位线与二维码标识符最底部色块之间距离为0，则输出该二维码标识符最底部色块对应的世界坐标为第二水位线世界坐标，如果水位线与二维码标识符最底部色块之间距离不为0，则利用边缘检测技术分离出距离水位线最近的二维码标识符外侧的第一边框底部与水位线之间的水尺刻度，基于最近的二维码标识符外侧的第一边框底部所对应的世界坐标与水尺刻度对应的世界坐标换算出第二水位线世界坐标。
[0012]一种基于二维码标识符的水位获取设备，包括：水尺定制模块，用于定制水尺，所述水尺上设有标识层，所述标识层上设有二维码标识符和设在所述二维码标识符一侧的水尺刻度，左右两列所述二维码标识符和左右两列所述水尺刻度沿所述水尺长度延伸方向交错设置，所述二维码标识符包括第一边框、设在所述第一边框内的第二边框和设在所述第二边框内的二维码，所述第一边框和所述第二边框之间存在色差，所有二维码均不相同，所述标识层由防水可夜视材料制成，将所述水尺放置在目标水域中且与水面保持垂直，标定水尺后记录水尺中多个二维码标识符对应的第一像素坐标集；特征提取模块，用于采集目标水域的水尺图像集，将水尺图像集标注分类为水尺
和非水体部分，建立特征提取模型提取水尺和非水体部分的特征信息；水位值获取模块，用于获取目标水域的新水尺图像，对新水尺图像记录水尺上多个二维码标识符对应的第二像素坐标集，比较第一像素坐标集和第二像素坐标集之间的偏移，当偏移在一定阈值以上，通过矩阵变换方法消除偏移后，通过特征提取模型提取新水尺图像中水尺和非水体部分的特征信息，获取水尺的像素坐标，进而获取第一水位线世界坐标，当偏移在一定阈值以下则直接通过特征提取模型提取新水尺图像中水尺和非水体部分的特征信息，获取水尺的像素坐标，进而获取第一水位线世界坐标，再根据新水尺图像中二维码标识符和水尺刻度计算第二水位线世界坐标，根据第一水位线世界坐标和第二水位线世界坐标进行加权处理得到最终水位值。
[0013]一种基于二维码标识符的水位获取设备，包括处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器，处理器用于运行计算机程序时，执行上述任一项所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于二维码标识符的水位获取方法，其特征在于，包括以下步骤：定制水尺，所述水尺上设有标识层，所述标识层上设有二维码标识符和设在所述二维码标识符一侧的水尺刻度，左右两列所述二维码标识符和左右两列所述水尺刻度沿所述水尺长度延伸方向交错设置，所述二维码标识符包括第一边框、设在所述第一边框内的第二边框和设在所述第二边框内的二维码，所述第一边框和所述第二边框之间存在色差，所有二维码均不相同，所述标识层由防水可夜视材料制成，将所述水尺放置在目标水域中且与水面保持垂直，标定水尺后记录水尺中多个二维码标识符对应的第一像素坐标集；采集目标水域的水尺图像集，将水尺图像集标注分类为水尺和非水体部分，建立特征提取模型提取水尺和非水体部分的特征信息；获取目标水域的新水尺图像，对新水尺图像记录水尺上多个二维码标识符对应的第二像素坐标集，比较第一像素坐标集和第二像素坐标集之间的偏移，当偏移在一定阈值以上，通过矩阵变换方法消除偏移后，通过特征提取模型提取新水尺图像中水尺和非水体部分的特征信息，获取水尺的像素坐标，进而获取第一水位线世界坐标，当偏移在一定阈值以下则直接通过特征提取模型提取新水尺图像中水尺和非水体部分的特征信息，获取水尺的像素坐标，进而获取第一水位线世界坐标，再根据新水尺图像中二维码标识符和水尺刻度计算第二水位线世界坐标，根据第一水位线世界坐标和第二水位线世界坐标进行加权处理得到最终水位值。2.根据权利要求1所述的基于二维码标识符的水位获取方法，其特征在于：水尺图像的获取方法为：采集摄像头拍摄的不同时间段下的含水尺的水流视频，采用抽帧的方法对视频进行处理，每间隔s帧抽取一帧为水尺图像。3.根据权利要求1所述的基于二维码标识符的水位获取方法，其特征在于：获取新水尺图像水尺上多个二维码标识符对应的第二像素坐标集的方法为：使用canny算子进行边缘检测，通过设置边缘结构分析，去除新水尺图像中非直线边缘，在直线边缘进行邻接边缘查找，定位新水尺图像中的所有四边形边缘，在检测到的四边形内生成点阵列计算每色块的值，再根据局部二值模式构造简单分类器对四边形内的色块进行分类，获取新水尺图像多个二维码标识符对应的第二像素坐标集。4.根据权利要求1所述的基于二维码标识符的水位获取方法，其特征在于：矩阵变换方法为：建立第二像素坐标集和第一像素坐标集间的矩阵变换关系式，确定变化矩阵，使用该变化矩阵，对新水尺图像进行矫正，消除新水尺图像偏移。5.根据权利要求1所述的基于二维码标识符的水位获取方法，其特征在于：特征提取模型以yolov5网络模型作为基础网络，将打标签后的水尺图像输入到yolov5网络模型中，通过输入层将打标签后的水尺图像缩放为网络适应的大小，经过focus结构获取打标签后的水尺图像特征映射，将yolov5网络模型头部网络解除耦合关系，单独进行打标签后的水尺图像特征的上采样与下采样部分，加快模型收敛速度和增强图片语义信息的获取，同时去除其全连接层，将经过采样获取的水尺图像特征经过卷积层进行特征映射，获取水尺和非水体部分的特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘炳义，赵石磊，李玉琳，嵇莹，刘维高，陆超，郭圣逸，
申请(专利权)人：武汉大水云科技有限公司，
类型：发明
国别省市：