一种利用智能视频分析技术的水尺

1.本发明涉及水位监测技术领域，特别涉及一种水尺及利用该水尺实现水位深度测量的方法的测量方法及和装置。


背景技术：

2.现有技术中，常规的水位监测方法有人工监测和传感器监测。人工监测又分为现场巡查和视频图像监视两种方式，该方法人力成本高，效率低，出错率高。传感器监测是目前监测水位深度最常用的方法，其测量方式按传感器类型又可分为压力式、浮子式、超声波式等多种形式，该方法建设运维成本较高，设备故障率高，以及测量精度易受环境干扰等缺点。随着算力的提升和算法的成熟，目前也有很多应用人工智能算法自动地提取视频图像中水尺刻度的方法。
3.具体而言，中国专利文献中提出了几种相关方法：一种视频智能识别水尺水位系统，运用图像处理技术处理摄像头获取的视频图像，识别水尺刻度，当水位超过设定值时，报警信号通过无线传输模块发送给用户端；一种利用全卷积网络区分出图像中水尺区域和水面区域，进而根据水位线在水尺上的相对位置测算出水位深度的水位监测方法；一种利用目标定位技术检测视频图像中的水尺，进而将定位到的区域利用卷积神经网络识别水尺刻度。
4.但是，相关技术中，现有的智能算法均是采用“e”形刻度水尺的角度考虑，当“e”水尺存在刻度模糊，刻度数据缺失，图像曝光度过高等问题时，利用神经网络等智能算法的计算可靠性将大打折扣。
5.因此，亟需一种不受数值等因素影响的新型水尺且能够实现自动化、高精度测量水位深度的方法。


技术实现要素：

6.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
7.为此，本发明的一个目的在于提出一种水尺，该新型水尺构造简单，成本低廉，采用防腐蚀材料，对水质和环境也没有较高的要求，可广泛的应用在需要水位监测的场所。
8.本发明的第二个目的在于提出一种利用水尺实现水位深度测量的方法
9.本发明的第三个目的在于提出一种利用水尺实现水位深度测量的装置。
10.本发明的第四个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
11.为达上述目的，本技术的第一方面实施例在于提出一种水尺，其中，水尺的形状为矩形，以所述矩形对角线为分界线，所述水尺包括位于所述分界线两侧的第一区域和第二区域，所述第一区域和和第二区域分别采用像素值不同的颜色填充。分界线和边界线可采用发光高亮设计。。
12.为达上述目的，本技术的第二方面实施例还提出了一种利用水尺实现水位深度测量的方法，所述方法包括：
13.采集视频信息，并获取视频信息中的图像帧，视频信息包括水位和水尺的图像信息；
14.对图像帧进行灰度处理，得到图像帧的灰度图；
15.根据预先训练的水尺检测模型，对灰度图中水尺所在的区域进行定位；
16.对水尺所在的区域进行边缘检测，检测区域中的线段；
17.提取线段的像素长度，根据线段的像素长度和预设转换公式计算实际水位深度。
18.可选地，在本技术的一个实施例中，在对所述图像帧进行灰度处理之前，所述方法还包括：
19.利用多图像平均法对图像进行降噪处理，利用warpperspective算法对图像进行倾斜校正处理，利用retinex算法对图像进行去雾增强处理。
20.可选地，在本技术的一个实施例中，利用yolo算法训练所述水尺检测模型。
21.可选地，在本技术的一个实施例中，对所述水尺所在的区域进行边缘检测，包括：
22.利用canny算子对定位到的所述区域进行边缘检测。
23.可选地，在本技术的一个实施例中，根据拓扑关系提取到相关边缘线段长度和预设转换公式计算实际水位深度，包括：
24.根据所述线段的像素长度a、b计算比例k，所述比例k＝b/a；
25.根据所述比例k，利用相似三角形原理计算出所述实际水位深度h，计算公式为：h＝l/(1+k)，
26.其中，l为水尺的长度。
27.为达上述目的，本技术第三方面实施例提出一种利用水尺实现水位深度测量的装置，包括以下模块：
28.采集模块，用于采集视频信息，并获取视频信息中的图像帧，视频信息包括水位和水尺的图像信息；
29.处理模块，用于对图像帧进行灰度处理，得到图像帧的灰度图；
30.定位模块，可选地用于根据预先训练的水尺检测模型，对灰度图中水尺所在的区域进行定位；
31.检测模块，用于对水尺所在的区域进行边缘检测，检测区域中的线段；
32.计算模块，用于提取线段的像素长度，根据线段的像素长度和预设转换公式计算实际水位深度。
33.为达上述目的，本技术第四方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明一个实施例所述的利用智能视频分析技术的水尺实现水位深度测量的方法。
34.本发明实施例的利用智能视频分析技术的水尺实现水位深度测量方法和装置，提出了一种新型水尺构造简单，成本低廉，采用防腐蚀材料，对水质和环境也没有较高的要求，可广泛的应用在需要水位监测的场所。另外，采用本发明设计的新型水尺，通过边缘检测技术、图像识别提取技术和相似性原理就可计算出水位深度，算法复杂度较低，可部署摄像头等设备前端，进行边缘计算。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
35.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
36.图1为根据本发明一个实施例的水尺的结构示意图。
37.图2为根据本发明一个实施例的利用水尺实现水位深度测量的方法的流程图。
38.图3为根据本发明一个实施例的利用水尺的实际应用中三维示意图。
39.图4为根据本发明一个实施例的利用水尺实现水位深度测量的装置示意图。
具体实施方式
40.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
41.下面参照附图描述根据本发明实施例提出的一种基于图像处理分析的水尺。
42.图1为本技术实施例提出的一种水尺，如图1所示，结合高清摄像头与计算机视觉处理技术，该水尺的形状设计为矩形，长为河道纵深l米，宽为w米。以矩形对角线为分界线，左侧三角形用白色防水染料填充，右侧三角形采用黑色防水染料填充，边线采用反光高亮设计。可在水尺旁配备具有通讯功能的数码管led灯，实时展示当前水位的深度值，也可通过短信功能推送水位深度信息。
43.其中，l为河道纵深，左侧白色三角形为第一区域，右侧黑色三角形为第二区域。该水尺由灰度值为0的黑色和灰度值为255的白色，两种颜色构成，不需要进行额外的数字标注。颜色水尺较数字水尺在进行图像处理分析中有较大的优势。有利于对图像进行边缘检测，可较好地提取水位线与相关线段的像素长度；另外，可有效地解决当前应用智能算法对“e”形水尺计算水位深度存在的问题。该新型水尺构造简单，成本低廉，采用防腐蚀材料，对水质和环境也没有高要求，可广泛的应用在需要水位监测的场所。
44.综上所述，本技术实施例的水尺，新型水尺由黑、白两种颜色构成，不需要数值标注，可有效地解决水尺存在刻度模糊，刻度数据缺失，图像曝光度过高等问题。另外，采用本发明设计的新型水尺，通过边缘检测技术、图像识别提取技术和相似性原理就可计算出水位深度，较传统水尺相比使用的算法复杂度较低，可部署摄像头等设备前端，进行边缘计算。
45.图2为根据本发明一个实施例的利用水尺实现水位深度测量方法的流程图。
46.如图2所示，本发明实施例中利用水尺实现水位深度测量方法方法包括以下步骤：
47.s1，采集视频信息，并获取视频信息中的图像帧，视频信息包括水位和水尺的图像信息。
48.其中，相关技术中，一般通过摄像头或无人机采集视频，并对返回的视频进行逐帧分析。
49.其中，水位和水尺的图像信息，包括：
50.获得水尺长度l；
51.获得第一区域像素长度a；
52.获得第二区域像素长度b。
53.s2，对图像帧进行灰度处理，得到图像帧的灰度图。
54.其中，对图像帧进行灰度处理之前，方法还包括：
55.利用多图像平均法对图像进行降噪处理，利用warpperspective算法对图像进行倾斜校正处理，利用retinex算法对图像进行去雾增强处理。
56.需要解释的是，上述处理步骤可以剔除噪音产生的高频成分，防止干扰到图像中重要信息以及突出图像中的关键信息，并且有利于从图像中提取所需的信息，从而让灰度处理后的图像更容易被定位和检测。
57.s3，根据预先训练的水尺检测模型，对灰度图中水尺所在的区域进行定位。
58.其中，利用yolo算法训练水尺检测模型，并利用训练模型定位到图像中水尺附近的区域。
59.s4，对水尺所在的区域进行边缘检测，检测区域中的线段。
60.其中，对水尺所在的区域进行边缘检测，包括：
61.利用canny算子对定位到的区域进行边缘检测。
62.需要说明的是，比较多种边缘检测的算子，发现canny算子不容易受噪音的干扰，能更好地检测出弱边缘。因此，采用canny算子检测该区域中的直线段。
63.s5，提取线段的像素长度，根据线段的像素长度和预设转换公式计算实际水位深度。
64.其中，如图1和图3所示，由于水面与水尺有较为突出的信息差，通过边缘检测算法可较为容易地获取水位线，进而，提取相关线段的像素长度大小为a、b。
65.其中，根据拓扑关系提取到相关边缘线段长度和预设转换公式计算实际水位深度，包括：
66.根据所述边缘线段的长度a、b计算比例k，所述比例k＝b/a；
67.根据所述比例k，利用相似三角形原理计算出所述实际水位深度h，计算公式为：h＝l/(1+k)，
68.其中，l为水尺的长度。
69.综上所述，本发明实施例的利用水尺实现水位深度测量方法，可实现有效地计算出当前水位深度，较传统水位监测手段，人工监测和传感器监测，基于新型水尺的监测方法节省了人力成本和运维成本，实现了可自动监测水位。
70.图4为根据本发明一个实施例的利用水尺实现水位深度测量装置的结构示意图。
71.如图4所示，本技术实施例中利用水尺实现水位深度测量的装置，包括：
72.采集模块，用于采集视频信息，并获取视频信息中的图像帧，视频信息包括水位和水尺的图像信息；
73.处理模块，用于对图像帧进行灰度处理，得到图像帧的灰度图；
74.定位模块，用于根据预先训练的水尺检测模型，对灰度图中水尺所在的区域进行定位；
75.检测模块，用于对水尺所在的区域进行边缘检测，检测区域中的线段；
76.计算模块，用于提取线段的像素长度，根据线段的像素长度和预设转换公式计算实际水位深度。
77.在本技术的一个实施例中，进一步而言，还包括：
78.处理模块，具体用于：
79.利用多图像平均法对图像进行降噪处理，利用warpperspective算法对图像进行倾斜校正处理，利用retinex算法对图像进行去雾增强处理；
80.利用yolo算法训练所述水尺检测模型。
81.检测模块，具体用于：
82.对水尺所在的区域进行边缘检测，包括：
83.利用canny算子对定位到的区域进行边缘检测。
84.计算模块，具体用于：
85.根据线段的像素长度和预设转换公式计算实际水位深度，包括：
86.根据线段的像素长度a、b计算比例k，所述比例k＝b/a；
87.根据比例k，利用相似三角形原理计算出实际水位深度h，计算公式为：h＝l/(1+k)，
88.其中，l为水尺的长度。
89.综上所述，本发明实施例的利用水尺实现水位深度测量装置，可实现有效地计算出当前水位深度，较传统水位监测手段，人工监测和传感器监测，基于新型水尺的监测方法节省了人力成本和运维成本，实现了可自动监测水位。
90.为了实现上述实施例，本发明还提出一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本技术第一方面实施例所述的一种对边界误差鲁棒的图像分割方法。
91.尽管参考附图详地公开了本技术，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本技术的应用。本技术的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本技术保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。
92.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
93.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
94.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
95.在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用
于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
96.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
97.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
98.此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，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模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
99.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。