专利名称：基于数字图像处理的水位测量方法
技术领域：
本发明涉及一种水位测量方法，尤其是基于数字图像处理的水位测量方法。
背景技术：
传统的测量水位数据的方法是由工作人员到水位标尺现场巡测，直接目视标尺进行读数、记录，这种方法需要工作人员熟悉水位标尺的读数方法，面临着施测困难的状况。 现代测量水位数据的方法，除了保留传统方法外，还采用了浮子式水位计、压力式水位计、 气介或液介超声波水位计等，在不同的情况下有着不同的应用。但采用传统的水位标尺测量水位仍是最直观、易接受、不受环境条件影响、精确度很高的测量方法。

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供基于数字图像处理的水位测量方法，无需人员到现场即可精确采集水位信息。本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为基于数字图像处理的水位测量方法，其特征在于它包括以下步骤步骤1)将摄像头安设在水位标尺前方，保证能够获取水位标尺顶部至水面的原始图像，水位标尺在原始图像中的位置方向为垂直方向正负6度；步骤2)去噪对原始图像拍摄完成后进行彩色增强处理，将图像数据由RGB空间转换到HSV空间，提取其中的标尺刻度对应的颜色分量；步骤幻对水位标尺进行倾斜校正处理通过在旋转角度允许空间内对每一个旋转角度进行遍历，以投影面积进行度量，选择投影面积最小时的旋转角度作为实际倾斜角度，根据实际倾斜角度对图像进行旋转变换，将水位标尺局部区域图像旋转使水位标尺严格竖直；所述旋转角度允许空间为垂直方向正负6度；步骤4)对经过旋转变换后的图像，在水位标尺竖直方向上进行分析，根据水位标尺的分布规律得出水位标尺起点位置，并寻找水面与水位标尺的交线位置；步骤5)将交线位置与水位标尺起点位置相减，并根据水位标尺的刻度尺寸来计算实际水位测量值。按上述方案，所述的水面与水位标尺的交线位置由标尺刻度对应的颜色分量的深浅来判断，深与浅颜色分量之间的界限即为交线位置。按上述方案，所述的水位标尺分布规律具体为水位标尺由字母E从上至下交替排列而成，则已知每个字母E的高度即刻度尺寸，以及每个字母E的高度对应的像素数。按上述方案，所述的步骤幻具体为交线位置与水位标尺起点位置之间的像素数 *每个字母E的高度/每个字母E的像素数=水位高度。按上述方案，所述的摄像头分辨率在200万像素以上。按上述方案，所述的摄像头安装位置距离水位标尺安装位置3 5m。
按上述方案，所述的步骤幻中提取其中的标尺刻度对应的颜色分量为红色，即 HSV值中的H = 0。本发明的工作原理为采用传统的水位标尺，模拟工作人员采集水位数据的原理， 通过摄像头获取水位标尺的实时彩色图像数据，采用现代智能数字图像处理技术，分割出水位线，通过计算得到实际的水位数据。本发明的有益效果为1、通过模拟工作人员采集水位数据的原理，利用摄像头及计算机软件，无需人员到现场即可精确采集水位信息，解决了某些恶劣环境下的水位采集问题。2、通过步骤2中的彩色增强处理方法使分辨有抗噪及、抗光照不均、稳定可靠、实时性强、实现简单等优点。


图1为本发明的流程图。图2为采集现场示意图。
具体实施例方式图1为本发明的流程图，包括以下步骤。步骤1)将摄像头安设在水位标尺前方，保证能够获取水位标尺顶部至水面的原始图像，水位标尺在原始图像中的位置方向为垂直方向正负6度。步骤2)去噪对原始图像拍摄完成后进行彩色增强处理，将图像数据由RGB空间转换到HSV空间，提取其中的标尺刻度对应的颜色分量；通常提取其中的标尺刻度对应的颜色分量为红色，即HSV值中的H = 0。步骤幻对水位标尺进行倾斜校正处理通过在旋转角度允许空间内对每一个旋转角度进行遍历，以投影面积进行度量，选择投影面积最小时的旋转角度作为实际倾斜角度，根据实际倾斜角度对图像进行旋转变换，将水位标尺局部区域图像旋转使水位标尺严格竖直；所述旋转角度允许空间为垂直方向正负6度。步骤4)对经过旋转变换后的图像，在水位标尺竖直方向上进行分析，根据水位标尺的分布规律得出水位标尺起点位置，并寻找水面与水位标尺的交线位置。水面与水位标尺的交线位置由标尺刻度对应的颜色分量的深浅来判断，深与浅颜色分量之间的界限即为交线位置。水位标尺分布规律具体为水位标尺由字母E从上至下交替排列而成，如图2所示， 则已知每个字母E的高度即刻度尺寸，以及每个字母E的高度对应的像素数。步骤5)将交线位置与水位标尺起点位置相减，并根据水位标尺的刻度尺寸来计算实际水位测量值。具体为交线位置与水位标尺起点位置之间的像素数*每个字母E的高度/每个字母E的像素数=水位高度。本实施例中，摄像头分辨率在200万像素以上，安装在水位标尺刻度的正前方3 5m的位置。
权利要求
1.基于数字图像处理的水位测量方法，其特征在于它包括以下步骤步骤1)将摄像头安设在水位标尺前方，保证能够获取水位标尺顶部至水面的原始图像，水位标尺在原始图像中的位置方向为垂直方向正负6度；步骤2)去噪对原始图像拍摄完成后进行彩色增强处理，将图像数据由R G B空间转换到H S V空间，提取其中的标尺刻度对应的颜色分量；步骤3)对水位标尺进行倾斜校正处理通过在旋转角度允许空间内对每一个旋转角度进行遍历，以投影面积进行度量，选择投影面积最小时的旋转角度作为实际倾斜角度， 根据实际倾斜角度对图像进行旋转变换，将水位标尺局部区域图像旋转使水位标尺严格竖直；所述旋转角度允许空间为垂直方向正负6度；步骤4)对经过旋转变换后的图像，在水位标尺竖直方向上进行分析，根据水位标尺的分布规律得出水位标尺起点位置，并寻找水面与水位标尺的交线位置；步骤5)将交线位置与水位标尺起点位置相减，并根据水位标尺的刻度尺寸来计算实际水位测量值。
2.根据权利要求1所述的基于数字图像处理的水位测量方法，其特征在于所述的水面与水位标尺的交线位置由标尺刻度对应的颜色分量的深浅来判断，深与浅颜色分量之间的界限即为交线位置。
3.根据权利要求1所述的基于数字图像处理的水位测量方法，其特征在于所述的水位标尺分布规律具体为水位标尺由字母E从上至下交替排列而成，则已知每个字母E的高度即刻度尺寸，以及每个字母E的高度对应的像素数。
4.根据权利要求3所述的基于数字图像处理的水位测量方法，其特征在于所述的步骤5)具体为交线位置与水位标尺起点位置之间的像素数*每个字母E的高度/每个字母 E的像素数=水位高度。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的基于数字图像处理的水位测量方法，其特征在于所述的摄像头分辨率在200万像素以上。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的基于数字图像处理的水位测量方法，其特征在于所述的摄像头安装位置距离水位标尺安装位置3 5m。
7.根据权利要求1至4中任意一项所述的基于数字图像处理的水位测量方法，其特征在于所述的步骤2)中提取其中的标尺刻度对应的颜色分量为红色，即HSV值中的H=0。
全文摘要
本发明提供基于数字图像处理的水位测量方法，采用传统的水位标尺，模拟工作人员采集水位数据的原理，通过摄像头获取水位标尺的实时彩色图像数据，采用现代智能数字图像处理技术，分割出水位线，通过计算得到实际的水位数据。通过模拟工作人员采集水位数据的原理，利用摄像头及计算机软件，无需人员到现场即可精确采集水位信息，解决了某些恶劣环境下的水位采集问题。
文档编号G01F23/00GK102288254SQ201110194030
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月11日 优先权日2010年7月13日
发明者桂子荣 申请人:联宇工程技术(武汉)有限公司