專利名稱：基于數(shù)字圖像處理的水位測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水位測量方法，尤其是基于數(shù)字圖像處理的水位測量方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的測量水位數(shù)據(jù)的方法是由工作人員到水位標(biāo)尺現(xiàn)場巡測，直接目視標(biāo)尺進(jìn)行讀數(shù)、記錄，這種方法需要工作人員熟悉水位標(biāo)尺的讀數(shù)方法，面臨著施測困難的狀況。 現(xiàn)代測量水位數(shù)據(jù)的方法，除了保留傳統(tǒng)方法外，還采用了浮子式水位計(jì)、壓力式水位計(jì)、 氣介或液介超聲波水位計(jì)等，在不同的情況下有著不同的應(yīng)用。但采用傳統(tǒng)的水位標(biāo)尺測量水位仍是最直觀、易接受、不受環(huán)境條件影響、精確度很高的測量方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供基于數(shù)字圖像處理的水位測量方法，無需人員到現(xiàn)場即可精確采集水位信息。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為基于數(shù)字圖像處理的水位測量方法，其特征在于它包括以下步驟步驟1)將攝像頭安設(shè)在水位標(biāo)尺前方，保證能夠獲取水位標(biāo)尺頂部至水面的原始圖像，水位標(biāo)尺在原始圖像中的位置方向?yàn)榇怪狈较蛘?fù)6度；步驟2)去噪對原始圖像拍攝完成后進(jìn)行彩色增強(qiáng)處理，將圖像數(shù)據(jù)由RGB空間轉(zhuǎn)換到HSV空間，提取其中的標(biāo)尺刻度對應(yīng)的顏色分量；步驟幻對水位標(biāo)尺進(jìn)行傾斜校正處理通過在旋轉(zhuǎn)角度允許空間內(nèi)對每一個旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行遍歷，以投影面積進(jìn)行度量，選擇投影面積最小時的旋轉(zhuǎn)角度作為實(shí)際傾斜角度，根據(jù)實(shí)際傾斜角度對圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換，將水位標(biāo)尺局部區(qū)域圖像旋轉(zhuǎn)使水位標(biāo)尺嚴(yán)格豎直；所述旋轉(zhuǎn)角度允許空間為垂直方向正負(fù)6度；步驟4)對經(jīng)過旋轉(zhuǎn)變換后的圖像，在水位標(biāo)尺豎直方向上進(jìn)行分析，根據(jù)水位標(biāo)尺的分布規(guī)律得出水位標(biāo)尺起點(diǎn)位置，并尋找水面與水位標(biāo)尺的交線位置；步驟5)將交線位置與水位標(biāo)尺起點(diǎn)位置相減，并根據(jù)水位標(biāo)尺的刻度尺寸來計(jì)算實(shí)際水位測量值。按上述方案，所述的水面與水位標(biāo)尺的交線位置由標(biāo)尺刻度對應(yīng)的顏色分量的深淺來判斷，深與淺顏色分量之間的界限即為交線位置。按上述方案，所述的水位標(biāo)尺分布規(guī)律具體為水位標(biāo)尺由字母E從上至下交替排列而成，則已知每個字母E的高度即刻度尺寸，以及每個字母E的高度對應(yīng)的像素?cái)?shù)。按上述方案，所述的步驟幻具體為交線位置與水位標(biāo)尺起點(diǎn)位置之間的像素?cái)?shù) *每個字母E的高度/每個字母E的像素?cái)?shù)=水位高度。按上述方案，所述的攝像頭分辨率在200萬像素以上。按上述方案，所述的攝像頭安裝位置距離水位標(biāo)尺安裝位置3 5m。
按上述方案，所述的步驟幻中提取其中的標(biāo)尺刻度對應(yīng)的顏色分量為紅色，即 HSV值中的H = 0。本發(fā)明的工作原理為采用傳統(tǒng)的水位標(biāo)尺，模擬工作人員采集水位數(shù)據(jù)的原理， 通過攝像頭獲取水位標(biāo)尺的實(shí)時彩色圖像數(shù)據(jù)，采用現(xiàn)代智能數(shù)字圖像處理技術(shù)，分割出水位線，通過計(jì)算得到實(shí)際的水位數(shù)據(jù)。本發(fā)明的有益效果為1、通過模擬工作人員采集水位數(shù)據(jù)的原理，利用攝像頭及計(jì)算機(jī)軟件，無需人員到現(xiàn)場即可精確采集水位信息，解決了某些惡劣環(huán)境下的水位采集問題。2、通過步驟2中的彩色增強(qiáng)處理方法使分辨有抗噪及、抗光照不均、穩(wěn)定可靠、實(shí)時性強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)簡單等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的流程圖。圖2為采集現(xiàn)場示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1為本發(fā)明的流程圖，包括以下步驟。步驟1)將攝像頭安設(shè)在水位標(biāo)尺前方，保證能夠獲取水位標(biāo)尺頂部至水面的原始圖像，水位標(biāo)尺在原始圖像中的位置方向?yàn)榇怪狈较蛘?fù)6度。步驟2)去噪對原始圖像拍攝完成后進(jìn)行彩色增強(qiáng)處理，將圖像數(shù)據(jù)由RGB空間轉(zhuǎn)換到HSV空間，提取其中的標(biāo)尺刻度對應(yīng)的顏色分量；通常提取其中的標(biāo)尺刻度對應(yīng)的顏色分量為紅色，即HSV值中的H = 0。步驟幻對水位標(biāo)尺進(jìn)行傾斜校正處理通過在旋轉(zhuǎn)角度允許空間內(nèi)對每一個旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行遍歷，以投影面積進(jìn)行度量，選擇投影面積最小時的旋轉(zhuǎn)角度作為實(shí)際傾斜角度，根據(jù)實(shí)際傾斜角度對圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換，將水位標(biāo)尺局部區(qū)域圖像旋轉(zhuǎn)使水位標(biāo)尺嚴(yán)格豎直；所述旋轉(zhuǎn)角度允許空間為垂直方向正負(fù)6度。步驟4)對經(jīng)過旋轉(zhuǎn)變換后的圖像，在水位標(biāo)尺豎直方向上進(jìn)行分析，根據(jù)水位標(biāo)尺的分布規(guī)律得出水位標(biāo)尺起點(diǎn)位置，并尋找水面與水位標(biāo)尺的交線位置。水面與水位標(biāo)尺的交線位置由標(biāo)尺刻度對應(yīng)的顏色分量的深淺來判斷，深與淺顏色分量之間的界限即為交線位置。水位標(biāo)尺分布規(guī)律具體為水位標(biāo)尺由字母E從上至下交替排列而成，如圖2所示， 則已知每個字母E的高度即刻度尺寸，以及每個字母E的高度對應(yīng)的像素?cái)?shù)。步驟5)將交線位置與水位標(biāo)尺起點(diǎn)位置相減，并根據(jù)水位標(biāo)尺的刻度尺寸來計(jì)算實(shí)際水位測量值。具體為交線位置與水位標(biāo)尺起點(diǎn)位置之間的像素?cái)?shù)*每個字母E的高度/每個字母E的像素?cái)?shù)=水位高度。本實(shí)施例中，攝像頭分辨率在200萬像素以上，安裝在水位標(biāo)尺刻度的正前方3 5m的位置。
權(quán)利要求
1.基于數(shù)字圖像處理的水位測量方法，其特征在于它包括以下步驟步驟1)將攝像頭安設(shè)在水位標(biāo)尺前方，保證能夠獲取水位標(biāo)尺頂部至水面的原始圖像，水位標(biāo)尺在原始圖像中的位置方向?yàn)榇怪狈较蛘?fù)6度；步驟2)去噪對原始圖像拍攝完成后進(jìn)行彩色增強(qiáng)處理，將圖像數(shù)據(jù)由R G B空間轉(zhuǎn)換到H S V空間，提取其中的標(biāo)尺刻度對應(yīng)的顏色分量；步驟3)對水位標(biāo)尺進(jìn)行傾斜校正處理通過在旋轉(zhuǎn)角度允許空間內(nèi)對每一個旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行遍歷，以投影面積進(jìn)行度量，選擇投影面積最小時的旋轉(zhuǎn)角度作為實(shí)際傾斜角度， 根據(jù)實(shí)際傾斜角度對圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換，將水位標(biāo)尺局部區(qū)域圖像旋轉(zhuǎn)使水位標(biāo)尺嚴(yán)格豎直；所述旋轉(zhuǎn)角度允許空間為垂直方向正負(fù)6度；步驟4)對經(jīng)過旋轉(zhuǎn)變換后的圖像，在水位標(biāo)尺豎直方向上進(jìn)行分析，根據(jù)水位標(biāo)尺的分布規(guī)律得出水位標(biāo)尺起點(diǎn)位置，并尋找水面與水位標(biāo)尺的交線位置；步驟5)將交線位置與水位標(biāo)尺起點(diǎn)位置相減，并根據(jù)水位標(biāo)尺的刻度尺寸來計(jì)算實(shí)際水位測量值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字圖像處理的水位測量方法，其特征在于所述的水面與水位標(biāo)尺的交線位置由標(biāo)尺刻度對應(yīng)的顏色分量的深淺來判斷，深與淺顏色分量之間的界限即為交線位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字圖像處理的水位測量方法，其特征在于所述的水位標(biāo)尺分布規(guī)律具體為水位標(biāo)尺由字母E從上至下交替排列而成，則已知每個字母E的高度即刻度尺寸，以及每個字母E的高度對應(yīng)的像素?cái)?shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于數(shù)字圖像處理的水位測量方法，其特征在于所述的步驟5)具體為交線位置與水位標(biāo)尺起點(diǎn)位置之間的像素?cái)?shù)*每個字母E的高度/每個字母 E的像素?cái)?shù)=水位高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的基于數(shù)字圖像處理的水位測量方法，其特征在于所述的攝像頭分辨率在200萬像素以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的基于數(shù)字圖像處理的水位測量方法，其特征在于所述的攝像頭安裝位置距離水位標(biāo)尺安裝位置3 5m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的基于數(shù)字圖像處理的水位測量方法，其特征在于所述的步驟2)中提取其中的標(biāo)尺刻度對應(yīng)的顏色分量為紅色，即HSV值中的H=0。
全文摘要
本發(fā)明提供基于數(shù)字圖像處理的水位測量方法，采用傳統(tǒng)的水位標(biāo)尺，模擬工作人員采集水位數(shù)據(jù)的原理，通過攝像頭獲取水位標(biāo)尺的實(shí)時彩色圖像數(shù)據(jù)，采用現(xiàn)代智能數(shù)字圖像處理技術(shù)，分割出水位線，通過計(jì)算得到實(shí)際的水位數(shù)據(jù)。通過模擬工作人員采集水位數(shù)據(jù)的原理，利用攝像頭及計(jì)算機(jī)軟件，無需人員到現(xiàn)場即可精確采集水位信息，解決了某些惡劣環(huán)境下的水位采集問題。
文檔編號G01F23/00GK102288254SQ201110194030
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者桂子榮 申請人:聯(lián)宇工程技術(shù)(武漢)有限公司