集的图像数据； 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； 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； 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； 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； 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。
2. 根据权利要求1所述的基于激光辅助标定的时空图像测速系统，其特征在于，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。
3. 根据权利要求1所述的基于激光辅助标定的时空图像测速系统，其特征在于，所述 网络相机为支持onvif?协议和采用POE供电方式的相机。
4. 根据权利要求1所述的基于激光辅助标定的时空图像测速系统，其特征在于，所述 网络相机上设有防水罩。
5. -种采用如权利要求1所述的基于激光辅助标定的时空图像测速系统实现的测速 方法，其特征在于，包括如下步骤： (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； (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； (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； (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。
6. 根据权利要求5所述的基于激光辅助标定的时空图像测速方法，其特征在于，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： 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； 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； 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：
式中，（x，y)表示畸变图像中实际点的图像坐标，（xd，yd)表示对应的理想图像坐标，(cx，cy)为图像的中心坐标，k为一阶径向畸变系数，r,2按照上述畸变模型进行多 组计算，并将得到的k值的加权均值作为最终的一阶径向畸变系数。
7. 根据权利要求5所述的基于激光辅助标定的时空图像测速方法，其特征在于，所述 步骤（2)中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的步 骤包括： 21) 根据步骤（1)中得到的畸变系数，对包含激光源的图像进行畸变校正； 22) 划定激光点的范围，遍历图像中激光点范围内所有像素点的像素值，选取值最大的 点为激光点； 23) 计算图像上两激光点的像素距离，用实际距离除以像素距离得到物像转换尺度因 子。
8. 根据权利要求7所述的基于激光辅助标定的时空图像测速方法，其特征在于，所述 步骤（2)中用网络相机拍摄水面时，将支架从最大长度处向里收缩，拍摄得到多张不同支 架长度对应的水面图像，图像服务器基于多张不同支架长度对应的包含激光源的图像计算 得到每张图像对应的物像转换尺度因子，将多个结果的加权均值作为最终的物像转换尺度 因子。
9. 根据权利要求5所述的基于激光辅助标定的时空图像测速方法，其特征在于，所述 步骤（3)中图像服务器进行流速计算的步骤包括： 31) 将图像序列中的每张图像进行畸变校正后，在每张图像中横向设置1条测速线，测 速线的宽度为1个像素，长度为L个像素，图像序列的长度为H，建立一幅大小为HXL像素 的时空图像； 32) 对时空图像进行边缘检测，得到二值化的边缘图像，再依次进行二维离散傅里叶变 换、中心平移、对数变换和灰度拉伸得到直角坐标系下的频谱图像； 33) 检测频谱图像的主方向，根据纹理主方向与频谱主方向的垂直关系得到时空图像 的纹理主方向角度0，根据时空测速模型计算公式V=tan0Xs得到时均流速V，s为物 像转换尺度因子。
【专利摘要】本发明公开了一种基于激光辅助标定的时空图像测速系统和方法，系统包括现地监测单元和远程处理单元。现地监测单元包括T字型的可伸缩支架、网络相机、标准点阵标定板、两个激光源、携带无线接收模块的液晶显示屏。远程处理单元包括网络硬盘录像机、图像服务器和携带无线发送模块的控制电脑。网络相机、网络硬盘录像机、图像服务器以及控制电脑分别与互联网连接。本发明通过现地监测单元和远程处理单元相配合，采集河流水面场景图像，并经过时空图像纹理主方向求解、物像尺度系数计算等过程得到最终流速测量结果。与现有技术相比，本发明可以有效获取河流水面流速，成本较低且节省处理时间。
【IPC分类】G01P5-22
【公开号】CN104777327
【申请号】CN201510117992
【发明人】王慧斌, 董伟, 张振, 顾朗朗
【申请人】河海大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年3月17日