基于激光辅助标定的时空图像测速系统和方法

文档序号:8456432
基于激光辅助标定的时空图像测速系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于激光辅助标定的时空图像测速系统和方法,属于河流水面成 像测速的技术领域。
【背景技术】
[0002] 河流水面摄影测量是河流水面成像测速方法的重要组成部分,是一种非接触式的 明渠水流检测技术。相比工业检测中的机器视觉以及测绘工程中的近景摄影测量,它存在 以下几个难点:(1)图像透视畸变严重。机器视觉以及测绘工程中的近景摄影测量。视场面 积一般在数平方米以内;而河流水面成像测速至少需要覆盖几十平方米的水域,在不能将 相机架高的情况下,通常只能以较小的倾斜视角拍摄水面图像,导致严重的图像透视畸变, 进而引起图像远场空间分辨率的损失。(2)镜头畸变。非量测相机在使用广角镜头时存在 严重的鱼眼畸变,远离图像中心像素的畸变更为显著(3)控制点布设困难。为了对成像系 统进行标定,需要在水面及河岸布设控制点,而在流动的水面布设控制点几乎不可行,特别 是在高洪流期涉水工作存在极大风险。上述问题限制了河流水面成像测速装置的应用推 广。

【发明内容】

[0003] 发明目的:针对现有技术中存在的上述或其他缺陷,本发明提供一种基于激光辅 助标定的时空图像测速系统和方法,以有效获取河流水面流速,并且操作简便、成本较低且 处理时间较短。
[0004] 技术方案:为实现上述发明目的,本发明采用如下技术方案:
[0005] 一种基于激光辅助标定的时空图像测速系统,包括现地检测单元和远程处理单 元;所述现地检测单元包括:
[0006] 网络相机,通过网线连接至互联网,用于采集图像并通过互联网传输图像数据;
[0007] T字型可伸缩支架,所述网络相机固定在所述支架前端交叉连接处;
[0008] 两个激光源,分别安装在所述支架前端横杆的两对称端点处,用于辅助确定物像 转换尺度因子;
[0009] 标准点阵标定板,用于辅助确定相机畸变系数;
[0010] 以及,携带无线接收模块的液晶显示屏,用于显示流速检测结果;
[0011] 所述远程处理单元包括:网络硬盘录像机,通过网线连接至互联网,用于存储所述 网络相机采集的图像数据;
[0012] 图像服务器,与网络硬盘录像机连接并与互联网连接,用于基于所述录像机中的 图像数据进行流速估计得到流速检测结果,并提供流速检测结果的网络访问服务;
[0013] 以及,携带无线发送模块的控制电脑,与互联网连接,用于通过互联网从图像服务 器获取流速检测结果,并将结果数据通过无线方式发送给所述显示屏;
[0014] 所述图像服务器包括:畸变系数计算模块,用于基于相机采集的标准点阵标定板 图像计算得到相机径向畸变系数;
[0015] 物像转换尺度因子计算模块,用于基于相机采集的包含激光源的图像以及畸变系 数计算得到物像转换尺度因子;
[0016] 以及,流速估计模块,用于基于相机采集的河流水面图像序列,结合畸变系数和物 像转换尺度因子计算得到流速检测结果。
[0017] 进一步地,为了适应光线较暗或者夜间操作场合,所述现地检测单元还包括用于 拍照时补光LED灯,所述LED灯安装在支架上,以相机为中心,在三个方向上与相机距离相 等处分别安装1-2个LED灯。
[0018] 进一步地,所述网络相机为支持onvif协议和采用POE供电方式的相机。
[0019] 进一步地,所述网络相机上设有防水罩。
[0020] 一种采用上述基于激光辅助标定的时空图像测速系统实现的测速方法,包括如下 步骤:
[0021] (1)确定相机畸变系数:现地检测单元的网络相机正直拍摄水平放置在地面上的 标准点阵标定板,远程处理单元的图像服务器基于所采集的标准点阵标定板图片求解相机 畸变系数;
[0022] (2)确定物像转换尺度因子:将现地检测单元的支架平行于水面,固定于桥的护 栏上,开启激光源,网络相机垂直朝下拍摄的水面,远程处理单元的图像服务器基于所采集 的包含激光源的水面图像求解物像转换尺度因子;
[0023] (3)流速计算:网络相机拍垂直朝下拍摄河流水面视频,图像服务器基于河流水 面图像序列,建立时空图像,对时空图像进行转换得到频谱图像,检测频频图像的纹理主方 向,基于时空测速模型求解得到最终流速结果;
[0024] (4)结果显示:控制电脑获取到图像服务器得到的流速结果,并通过无线方式将 结果数据传给现地监测单元的液晶显示屏显示。
[0025] 进一步地,所述步骤(1)中图像服务器基于所采集的标准点阵标定板图片求解相 机畸变系数的步骤包括:
[0026] 11)用Harris亚像素角点检测方法对所述标准点阵标定板图像进行检测,输出标 准点阵标定板上点的图像坐标,并找到图像的中心坐标;
[0027] 12)由图像中心坐标推算出标准点阵标定板上所有点的图像坐标;
[0028] 13)将图像中心坐标,畸变点图像坐标及对应理想图像坐标带入如下畸变模型:
【主权项】
1. 一种基于激光辅助标定的时空图像测速系统,其特征在于,包括现地检测单元和远 程处理单元;所述现地检测单元包括: 网络相机,通过网线连接至互联网,用于采集图像并通过互联网传输图像数据; T字型可伸缩支架,所述网络相机固定在所述支架前端交叉连接处; 两个激光源,分别安装在所述支架前端横杆的两对称端点处,用于辅助确定物像转换 尺度因子; 标准点阵标定板,用于辅助确定相机畸变系数; 以及,携带无线接收模块的液晶显示屏,用于显示流速检测结果; 所述远程处理单元包括:网络硬盘录像机,通过网线连接至互联网,用于存储所述网络 相机采
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