一种依托水尺识别水面线的方法与流程

1.本发明应用于视频水位识别领域，是一种依托水尺识别水面线的方法。


背景技术：

2.在传统的水位采集中，雷达水位计设备直接返回的是雷达波的频率，气泡水位计直接返回的是气压，无论是气压还是频率这些数据都无法与水位直接联系，设备需要进行一定的换算才可得到水位，气压和频率对普通用户来说，是无法判读的，用户只能采信设备换算后的最终成果，该成果正确与否无法考证。
3.相较于传统水位识别，图像识别水面线，进而换算出水位，在识别算法中可将识别到的水位标定在图片上，则标定有水面线的图片作为原始数据，其数值的准确性是可以判读的。
4.由此可见，依托水尺识别水面线，并将水面线标定在图片上，是很有意义的。


技术实现要素：

5.依托水尺识别水面线的方法，该方法的基本原理是逐行比对照片中水尺和标准水尺图片，以逐行相似度结合概率统计的方法来确定水面所在位置，依托本方法，并将识别到的水面线直接标定在图片上，将该图片作为原始数据，可用于观判读数据的准确性，有益于提升数据成果的精度。
6.为实现上述目标，本发明提供的技术方案如下：
7.1.水中固定安装水尺，水边的立杆上安装摄像头，摄像头固定拍摄河中水尺，水尺及水面在所摄照片上的相对位置相对固定，如图1、图2、图3所示，本方法逐行对比照片中的水尺
⑶
和标准水尺
⑵
图片，逐行统计的相似度，连续相似单元构成连续相似单元，连续相似单元像素高度超出阈值的在水面
⑹
以上，其余部分在水面
⑹
以下。
8.实际使用中水尺安装在河道或水库靠近岸边的位置，摄像头安装在岸边的立柱上。
9.实际使用中标准水尺图片，是从系列图片中挑选出来，并经过裁剪而得，裁剪后的图片仅含水尺部分。
10.实际使用中，通常需要为每个水尺制作一个模版文件，该模版文件包括标准水尺的图片，标准水尺图片在图中的位置、大小等信息。
11.实际使用中，图片对比前，还要校正水尺图片的偏移量，该过程通常是从标准水尺中取出一个小区块，拿该区块在目标图片中相应位置附近进行对比搜索，像素匹配度最高的位置，即视为水尺在图片中的真实位置。
12.2.水尺
⑶
及水面
⑹
在所摄照片上的相对位置相对固定，是要求摄像头固定安装，拍摄每张照片时，摄像头的位置固定，摄像头中镜头照射水尺时高度固定，倾角固定，旋转角度固定，焦距固定，缩放倍率固定。
13.实际使用中，还对图片的像素有一定的要求，图片中的水尺像素宽度大于70较佳。
14.3.所述标准水尺图片，是从摄像头所摄系列图片中选取的，选取标准水尺图片时，需要尽量选择枯水期的图片，确保水尺暴露在水面的部分比较多。
15.4.所述逐行统计相似度，需要事先将水尺照片和标准水尺图片进行黑白单值化处理，水尺照片和标准水尺照片相同的像素点同时为黑或者同时为白即为相似，否则为不相似，逐行统计时，每行相似的百分比大于给定行相似阈值时，则认为本行相似行，所述逐行统计相似度，是从上至下或从下至上逐一进行统计的。
16.实际工作中，标准水尺
⑵
是黑白单值化后存储到模版文件中的，图2中
⑴
为黑白单值化后的水尺图片；本方法是拿黑白单值化后的水尺
⑴
图片和黑白单值化存储的标准水尺
⑵
进行对比分析的。
17.较佳地，逐行对比认定相似的阈值在0.5至0.6之间即为本行相似，实际工作中行相似阈值存储在模版文件中，不同的水尺可以设定不同的阈值。
18.5所述连续相似单元，是从上至下或从下至上相邻行皆为相似行构成，一张照片中可以有多个连续相似单元，连续相似单元在照片中从上至下分布，相互不覆盖、不重叠。
19.实际工作中，连续相似单元的高度大于一定的高度后，才会被认定为在水面之上。较佳地连续连续单元高度大于40个像素时，可被认定为在水面之上。
20.如图3中有
⑺⑻⑼⑽⑾
五个相似单元，水上部分相似单元的高度为421像素，其余在相似高度 20像素以下的，都是水下部分。
21.实际工作中，连续相似单元的认定，需要考虑一些异常的情况，例如突然有1-2个像素高度不相似，可以被忽略。
22.实际工作中行相似度是一个比值，该比值＝相似像素数量/标准水尺宽度，即行相似度值在0～1 之间。
23.如图2中
⑷
是依据逐行相似度绘制的线条，相速度高的线条长，相似度低的线条短，
⑸
为行相似阈值线条，也就是超出该阈值线条，并绘制右侧的即为相似行。
24.6最后一个连续相似单元的最低像素处即为水面线。
25.本发明的优点是：
26.依托水尺识别水面线的方法，该方法的基本原理是逐行比对照片中水尺和标准水尺图片，以逐行相似度结合概率统计的方法来确定水面所在位置，依托本方法，并将识别到的水面线直接标定在图片上，将该图片作为原始数据，可用于观判读数据的准确性，有益于提升数据成果的精度。
附图说明
27.图1：水面线识别成果。
28.图2：水面线识别原理图。
29.图3：图像比对相似单元。
具体实施方式
30.依托水尺识别水面线的方法，该方法的基本原理是逐行比对照片中水尺和标准水尺图片，以逐行相似度结合概率统计的方法来确定水面所在位置，依托本方法，并将识别到的水面线直接标定在图片上，将该图片作为原始数据，可用于观判读数据的准确性，有益于
提升数据成果的精度。
31.为实现上述目标，本发明提供的技术方案如下：
32.1.水中固定安装水尺，水边的立杆上安装摄像头，摄像头固定拍摄河中水尺，水尺及水面在所摄照片上的相对位置相对固定，如图1、图2、图3所示，本方法逐行对比照片中的水尺
⑶
和标准水尺
⑵
图片，逐行统计的相似度，连续相似单元构成连续相似单元，连续相似单元像素高度超出阈值的在水面
⑹
以上，其余部分在水面
⑹
以下。
33.实际使用中水尺安装在河道或水库靠近岸边的位置，摄像头安装在岸边的立柱上。
34.实际使用中标准水尺图片，是从系列图片中挑选出来，并经过裁剪而得，裁剪后的图片仅含水尺部分。
35.实际使用中，通常需要为每个水尺制作一个模版文件，该模版文件包括标准水尺的图片，标准水尺图片在图中的位置、大小等信息。
36.实际使用中，图片对比前，还要校正水尺在图片中的偏移量，该过程是从标准水尺中取出一个小区块，拿该区块在目标图片中相应位置附近进行对比搜索，也就是逐一匹配像素是否一致，进而得到一个相似比，像素匹配度最高的位置，即视为水尺在图片中的真实位置。
37.具体实施时，模版文件中存储的水尺是垂直的，是经过旋转后，再裁剪存储的，比对中，也需要将图片旋转、裁剪再比对，图片的旋转角度、裁剪位置、大小都存储在模版文件中。
38.具体实施时，最终标定水面线的图片也是经过旋转的。
39.具体实施时，需要定制一个特定的软件工具，以人机交换的方式，辅助完成模版文件中要求各类参数的存储和制作。
40.具体实施时，模版中还存储有水尺顶端和低端对应的水位值，本方法识别到水面线后，结合水尺顶端和低端的水位值可以计算出水面线对应的水位数值，在原始图片上除了标定水面线外，还可以标定水位。
41.较佳地，设备安装时，摄像头距离水尺20米，摄像头距离水面3～4米为宜。
42.具体实施时，摄像头可以是固定安装的枪机；也可以是能设置预置点的球机。
43.具体实施时，需要定期检查水尺不要挂草，不要被植物遮挡，水尺的刻度不要是红色的，红色水尺夜间图片效果较差。
44.2.水尺
⑶
及水面
⑹
在所摄照片上的相对位置相对固定，是要求摄像头固定安装，拍摄每张照片时，摄像头的位置固定，摄像头中镜头照射水尺时高度固定，倾角固定，旋转角度固定，焦距固定，缩放倍率固定。
45.实际使用中，还对图片的像素有一定的要求，图片中的水尺像素宽度大于70较佳。
46.较佳地，图片的像素大小以1920*1080为宜。
47.3.所述标准水尺图片，是从摄像头所摄系列图片中选取的，选取标准水尺图片时，需要尽量选择枯水期的图片，确保水尺暴露在水面的部分比较多。
48.4.所述逐行统计相似度，需要事先将水尺照片和标准水尺图片进行黑白单值化处理，水尺照片和标准水尺照片相同的像素点同时为黑或者同时为白即为相似，否则为不相似，逐行统计时，每行相似的百分比大于给定行相似阈值时，则认为本行相似行，所述逐行
统计相似度，是从上至下或从下至上逐一进行统计的。
49.实际工作中，标准水尺
⑵
是黑白单值化后存储到模版文件中的，图2中
⑴
为黑白单值化后的水尺图片；本方法是拿黑白单值化后的水尺
⑴
图片和黑白单值化存储的标准水尺
⑵
进行对比分析的。
50.较佳地，逐行对比认定相似的阈值在0.5至0.6之间即为本行相似，实际工作中行相似阈值存储在模版文件中，不同的水尺可以设定不同的阈值。
51.5所述连续相似单元，是从上至下或从下至上相邻行皆为相似行构成，一张照片中可以有多个连续相似单元，连续相似单元在照片中从上至下分布，相互不覆盖、不重叠。
52.实际工作中，连续相似单元的高度大于一定的高度后，才会被认定为在水面之上。较佳地连续相似单元高度大于40个像素时，可被认定为在水面之上。
53.如图3中有
⑺⑻⑼⑽⑾
五个相似单元，水上部分相似单元的高度为421像素，其余在相似高度20像素以下的，都是水下部分。
54.实际工作中，连续相似单元的认定，需要考虑一些异常的情况，例如突然有1-2个像素高度不相似，可以被忽略。
55.实际工作中行相似度是一个比值，该比值＝相似像素数量/标准水尺宽度，即行相似度值在0～1之间。
56.如图2中
⑷
是依据逐行相似度绘制的线条，相速度高的线条长，相似度低的线条短，
⑸
为行相似阈值线条，也就是超出该阈值线条，并绘制右侧的即为相似行。
57.6最后一个连续相似单元的最低像素处即为水面线。
58.具体实施时，还可以通过连续不相似来优先确定水下部分，进而确定水面线。
59.本发明的优点是：
60.依托水尺识别水面线的方法，该方法的基本原理是逐行比对照片中水尺和标准水尺图片，以逐行相似度结合概率统计的方法来确定水面所在位置，依托本方法，并将识别到的水面线直接标定在图片上，将该图片作为原始数据，可用于观判读数据的准确性，有益于提升数据成果的精度。