一种流速检测装置、方法及计算机可读存储介质与流程

1.本发明涉及河流监测技术领域，尤其是涉及一种流速检测装置、方法及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.水是人类生活生产重要的资源，水可以饮用、灌溉、发电涉及到社会发展方方面面，所以人们很重视水资源的开发利用，但洪水也会威胁人们的生命和财产安全，在开发利用水资源的同时，更应该重视对水资源的治理，治理水资源必须要实现水文的高效准确的监测；
3.在洪水泛滥时，险情紧急，需要对流速流量进行高效监测。目前一般使用转子流速仪、雷达流速仪、adcp(acoustic doppler current profiler，声学多普勒流速剖面仪)等设备进行流速检测，但现有的测流速设备普遍成本过高，不利于广泛推广使用。
4.因此，现有的流速检测设备具有成本过高的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种流速检测装置、方法及计算机可读存储介质，以缓解了现有的流速检测设备具有成本过高的技术问题。
6.第一方面，本发明提供一种流速检测装置，包括第一摄像装置、第二摄像装置和cpu；
7.所述第一摄像装置与所述第二摄像装置以同一中心轴线相固定，使得第一摄像装置和第二摄像装置分别拍摄的第一路视频和第二路视频的中心轴处于同一水平线上；
8.所述第一摄像装置和第二摄像装置的输出端连接所述cpu的输入端；
9.所述cpu计算同一时刻下第一路视频和第二路视频中同一特征点的像素坐标差值，利用像素坐标差值及第一摄像装置与第二摄像装置之间的距离差值，计算单位像素对应的实际距离，根据第一路视频或第二路视频中的同一特征点在相邻两帧上的像素位移，得到河流流速。
10.进一步的，所述第一摄像装置包括第一镜头和第一图像传感器，所述第一图像传感器通过第一镜头接收图像；
11.所述第二摄像装置包括第二镜头和第二图像传感器，所述第二图像传感器通过收第二镜头接图像；
12.所述第一镜头与第二镜头的镜头直径相同，所述第一镜头的中心点与第二镜头的中心点间距为中心点距离；
13.所述中心点距离为第一镜头或第二镜头的镜头直径。
14.进一步的，所述中心点距离为0.02至0.05米。
15.进一步的，所述第一摄像装置及第二摄像装置上分别设置有红外补光灯。
16.进一步的，还包括显示屏；
17.所述显示屏与cpu相连。
18.第二方面，本发明还提供一种流速检测方法，应用于第一方面提供的流速检测装置，所述方法包括；
19.接收第一路视频和第二路视频的视频数据；
20.对同一时刻的第一路视频帧和第二路视频帧进行特征点检测，确定同一特征点；
21.计算同一特征点在第一路视频帧和第二路视频帧中的像素坐标差值；
22.获取第一摄像装置与第二摄像装置的中心点距离，利用中心点距离与像素坐标差值相除，得到单位像素对应的实际距离；
23.获取第一路视频或第二路视频相邻两帧的前一帧特征坐标和后一帧特征坐标，根据前一帧特征坐标和后一帧特征坐标计算特征点的像素位移；
24.根据特征点像素位移及单位像素对应的实际距离，计算特征点实际位移距离；
25.根据特征点实际位移距离及相邻两帧的时间间隔，计算特征点的漂流速度。
26.进一步的，所述对同一时刻的第一路视频帧和第二路视频帧进行特征点检测，确定同一特征点的步骤，包括：
27.对同一时刻的第一路视频帧和第二路视频中的漂浮物或浪花形成的角点作为特征点进行检测，将第一路视频帧和第二路视频中检测到的多个特征点进行匹配识别，确定同一特征点。
28.进一步的，所述特征点检测的检测算法为sift特征点检测算法。
29.进一步的，所述计算同一特征点在第一路视频帧和第二路视频帧中的像素坐标差值的步骤，包括：
30.获取同一特征点分别在第一路视频帧和第二路视频帧中的像素坐标，得到第一像素坐标和第二像素坐标；
31.将第一像素坐标和第二像素坐标的横坐标做差，得到像素坐标差值。
32.第三方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时第二方面提供的方法的步骤。
33.本发明提供一种流速检测装置，包括第一摄像装置、第二摄像装置和cpu；第一摄像装置与第二摄像装置以同一中心轴线相固定，使得第一摄像装置和第二摄像装置分别拍摄的第一路视频和第二路视频的中心轴处于同一水平线上；第一摄像装置和第二摄像装置的输出端连接cpu的输入端；cpu计算同一时刻下第一路视频和第二路视频中同一特征点的像素坐标差值，利用像素坐标差值及第一摄像装置与第二摄像装置之间的距离差值，计算单位像素对应的实际距离，根据第一路视频或第二路视频中的同一特征点在相邻两帧上的像素位移，得到河流流速。
34.采用本发明提供的流速检测装置，通过将第一摄像装置与第二摄像装置以同一中心轴线相固定，使得第一路视频和第二路视频的中心轴处于同一水平线上，进而特征点在两路视频帧中沿y轴的坐标得到统一，便于计算同一时刻下第一路视频和第二路视频中同一特征点的像素坐标差值，根据第一摄像装置与第二摄像装置之间的距离差值；距离差值除以像素坐标差值即可得到单位像素对应的实际距离，利用第一路视频或第二路视频中的同一特征点在相邻两帧上的像素位移，并将像素位移与单位像素对应的实际距离相乘，得到特征点的实际位移，根据相邻两帧的时间差及特征点的实际位移，计算出特征点的漂流
速度，即河流流速。随着摄像机的不断发展，其成本极具优势，利用第一摄像装置与第二摄像装置相配合，并由cpu对采集图像进行执行智能识别，实现了低成本的河流测速方案，有效解决了现有的流速检测设备成本过高的问题。
35.相应地，本发明实施例提供的流速检测方法及计算机可读存储介质，也同样具有上述技术效果。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为本发明实施例1提供的流速检测装置示意图；
38.图2为本发明实施例2提供的流速检测方法流程图。
具体实施方式
39.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.本发明实施例中所提到的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括其他没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
41.在洪水泛滥时，险情紧急，需要对流速流量进行高效监测。目前一般使用转子流速仪、雷达流速仪、adcp(acoustic doppler current profiler，声学多普勒流速剖面仪)等设备进行流速检测，但现有的测流速设备普遍成本过高，不利于广泛推广使用。
42.因此，现有的流速检测设备具有成本过高的技术问题。
43.为解决以上问题，本发明实施例提供一种流速检测装置。
44.实施例1：
45.如图1所示，本发明实施例提供一种流速检测装置，包括第一摄像装置1、第二摄像装置2和cpu(图中未示出)；第一摄像装置1与第二摄像装置2以同一中心轴线相固定，使得第一摄像装置1和第二摄像装置2分别拍摄的第一路视频和第二路视频的中心轴处于同一水平线上；第一摄像装置1和第二摄像装置2的输出端连接cpu的输入端；cpu计算同一时刻下第一路视频和第二路视频中同一特征点的像素坐标差值，利用像素坐标差值及第一摄像装置1与第二摄像装置2之间的距离差值，计算单位像素对应的实际距离，根据第一路视频或第二路视频中的同一特征点在相邻两帧上的像素位移，得到河流流速。
46.采用本发明实施例提供的流速检测装置，通过将第一摄像装置1与第二摄像装置2以同一中心轴线相固定，使得第一路视频和第二路视频的中心轴处于同一水平线上，进而特征点在两路视频帧中沿y轴的坐标得到统一，便于计算同一时刻下第一路视频和第二路
视频中同一特征点的像素坐标差值，根据第一摄像装置1与第二摄像装置2之间的距离差值；距离差值除以像素坐标差值即可得到单位像素对应的实际距离，利用第一路视频或第二路视频中的同一特征点在相邻两帧上的像素位移，并将像素位移与单位像素对应的实际距离相乘，得到特征点的实际位移，根据相邻两帧的时间差及特征点的实际位移，计算出特征点的漂流速度，即河流流速。随着摄像机的不断发展，其成本极具优势，利用第一摄像装置1与第二摄像装置2相配合，并由cpu对采集图像进行执行智能识别，实现了低成本的河流测速方案，有效解决了现有的流速检测设备成本过高的问题。
47.在一种可能的实施方式中，第一摄像装置1包括第一镜头和第一图像传感器，第一图像传感器通过第一镜头接收图像；第二摄像装置2包括第二镜头和第二图像传感器，第二图像传感器通过第二镜头接收图像；第一镜头的中心点与第二镜头的中心点间距为中心点距离。第一镜头与第二镜头的镜头直径相同，第一镜头的中心点与第二镜头的中心点相距的中心点距离，此距离为定值，此距离用于进行单位像素对应距离的计算。中心点距离为第一镜头或第二镜头的镜头直径，即将两个直径相同的镜头相固定，两个镜头的中心点距离就是镜头的直径，可根据需要选择不同直径的镜头，将中心点距离控制在合理的范围内。
48.在一种可能的实施方式中，中心点距离为0.02至0.05米，例如，采用直径为0.05米的镜头，将两个直径为0.05米的镜头以同一中心轴线相固定，即两个镜头的中心点距离为0.05米；又如，采用直径为0.02米的镜头，将两个直径为0.02米镜头以同一中心轴线相固定，即两个镜头的中心点距离为0.02米。
49.在一种可能的实施方式中，第一摄像装置1及第二摄像装置2上分别设置有红外补光灯。红外补光灯用于夜晚对水面的补光，提升视频亮度，使算法在夜晚能捕捉到漂浮物、气泡等水面特征点，提升测速的准确度及测速效率。
50.在一种可能的实施方式中，流速检测装置还包括显示屏，显示屏与cpu相连，显示屏用于实时显示河流视频与当前河流流速，便于作业人员对河流进行监控，实现水文的高效准确的监测。
51.实施例2：
52.本发明实施例提供给一种流速检测方法，应用于实施例1提供的流速检测装置，方法包括；
53.s1：接收第一路视频和第二路视频的视频数据。
54.s2：对同一时刻的第一路视频帧和第二路视频帧进行特征点检测，确定同一特征点。
55.s3：计算同一特征点在第一路视频帧和第二路视频帧中的像素坐标差值。
56.s4：获取第一摄像装置与第二摄像装置的中心点距离，利用中心点距离与像素坐标差值相除，得到单位像素对应的实际距离。
57.s5：获取第一路视频或第二路视频相邻两帧的前一帧特征坐标和后一帧特征坐标，根据前一帧特征坐标和后一帧特征坐标计算特征点的像素位移。
58.s6：根据特征点像素位移及单位像素对应的实际距离，计算特征点实际位移距离。
59.s7：根据特征点实际位移距离及相邻两帧的时间间隔，计算特征点的漂流速度。
60.例如，中心点距离为0.05米，t1时刻下第一路视频帧(即第一路视频帧的前一帧)中某个漂浮物(即特征点)的像素坐标为(x1，y1)，同一时刻(即t1时刻)下第二路视频帧中
同一个漂浮物的像素坐标为(x2，y2)，t2时刻下第一路视频帧(即第一路视频帧的后一帧)的同一个漂浮物移动到像素坐标为(x1
′
，y1
′
)的位置，单位像素对应的距离w＝0.05/(x2-x1)。t1到t2时刻漂浮物移动的像素距离t1到t2时刻漂浮物移动的物理距离d＝d*w，流速v＝d/(t2-t1)
61.在一种可能的实施方式中，s2的步骤，包括：
62.s21：对同一时刻的第一路视频帧和第二路视频中的漂浮物或浪花形成的角点作为特征点进行检测，将第一路视频帧和第二路视频中检测到的多个特征点进行匹配识别，确定同一特征点。
63.在一种可能的实施方式中，特征点检测的检测算法为sift(scale-invariant feature transform)特征点检测算法。是一种检测局部特征的算法，sift特征不只具有尺度不变性，即使改变旋转角度，图像亮度或拍摄视角，仍然能够得到好的检测效果。
64.在一种可能的实施方式中，s3的步骤，包括：
65.s31：获取同一特征点分别在第一路视频帧和第二路视频帧中的像素坐标，得到第一像素坐标和第二像素坐标。
66.s32：将第一像素坐标和第二像素坐标的横坐标做差，得到像素坐标差值。
67.第一路视频帧和第二路视频帧的中心轴处于同一水平线上，因此，同一特征点在第一路视频帧和第二路视频帧中的像素坐标的纵坐标相同，将第一像素坐标和第二像素坐标的横坐标做差即可得到像素坐标差值。
68.本发明实施例还一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
69.本发明提供的一种流速检测方法及计算机可读存储介质，与流速检测装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
70.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
71.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
72.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
73.本发明实施例所提供的装置可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属
领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
74.在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
75.又例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，再例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
76.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
77.另外，在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
78.所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，简称rom)、随机存取存储器(random access memory，简称ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
79.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。