基于双目视觉的水位测量算法

作者:石晗耀;陶青川 刊名:现代计算机:中旬刊 上传者:张云相

【摘要】水位高度测量在水利行业有着重要的作用。针对水利视频监控系统,提出一种基于双目视觉的水位测量算法,来代替传统单目摄像机水位测量算法。首先对摄像机进行标定,得到摄像机的内外参数,然后利用Sobel算子提取水位边界,并应用Haar特征得到完整的水位线位置,最终利用摄像机内外参数计算水位在世界坐标系下的三维坐标,得到水位高度。实验表明,该算法可以快速提取水位线位置并计算水位高度,具有较高的测量精度。

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文章 编号 :1007—1423(2017)08—0055—05 DOI:10.3969/j.issn.1007—1423.2017.08.012 基于双 目视觉的水位测量算法 石晗耀 .陶青J (四川大学 电子信 息学 院 ,成都 610065) 摘要 : 水位高度测量在水利行 业有 着重要 的作用 。针对水利视频 监控 系统 ,提 出一种基于双 目视觉 的水位 测量算法 ,来代替 传统单 目摄像机水位测量算法。首先对摄像机进行标定。得到摄像机的内外参数,然后利用 Sobel算子提取水位边界 . 并应用 Haar特征得到完整 的水位线位置 .最终 利用摄像 机内外参数计算水 位在世界坐标系下 的三维坐标 .得到水位 高度 。实验表明 ,该算法可 以快速提取水位线位置并计算水位高度 ,具有较高的测量精 度。 关键词 : 图像处理 ;双 目视觉 ;摄像机标定 :水位测量 0 引言 水 位测量 是水利行业上一个重要 的应用 。对 防止 水灾 、保护水利资源方面有着重要的作用。利用 图像处 理算法对 水利视频监控 图像进行水位提取 比人工检测 更直观 .也更节省人力成本 。一般通过对水尺进行 图像 识别 。从 而提取水尺刻度 的方法 .由于水 利资源环境复 杂 、水尺倒影严重等原 因嗍。导致测量精 度和准确度无法 保证 .而且对雨雪等天气因素造成 的噪声的抗 干扰性较 差 综合以上两点考虑 .本 文提 出一种基于双 目视觉 的 快速水位计算方式。双 目视觉是一种基于视差原理.由 多幅图像获取物体三维几何信息的方法12t 双 目视觉检 测系统一般 由两 台摄像机从不 同角度 同时对检测 目标 进行拍摄 .获取 目标 图像信息 .然后利 用视差原理恢 复 出 目标物体 的三维几何信息 双 目视觉是人类利用双眼 获取环境三维信息 的主要途径 .目前被大量运用与机器 人视觉 、智能交通 、航 空航天 、医学等方 面。本算法使用 双 目摄像机系统对水 资源进行监控 .首先对摄像机进行 标定 确定摄像机 的内外参数 .然后使用 Sobel算子对水 位线进行提取 .最后计算出水位线的高度。 1 摄像机标定 摄像机标定 可以获取检测 目标的 图像像素 坐标 和 空 间三维坐标 之间的关系 ,然后通过坐标系之间 的关 系和摄像机模型 ,来得到摄像机的内外参数 。本算 法采 用经典 的线性成像模型 ,即针孔模 型[3】,如图 1所示 。 Pe r 恙 图 1摄像机模型 2 立体 坐标 系及相互关 系 2.1 图像 坐标 系 摄像机采集的模拟 图像转为数字 图像后 .以图像 中每一个像 素为单位 ,以第一个像素为原点 ,定义直角 坐标系为 图像像素坐标 系【4j。像素坐标 (“. )表示 该像 素在数字 图像 中的列数 和行数 。图像 坐标 系仅表示了 某个像素点 的列数 和行数 ,并 没有具体的物理单位值 现代计算机 2017.03中 l参 图形 图像 因此需 要建 立一 个 以物 理单位 表 示 的图像 物理 坐 标 系。该坐标系 以图像内某一点为原点 ,X轴 与 y轴分别 与 “, 轴平行 。假设图像某一像素点 的像 素坐标 为(UO, 。),物理坐标 为( ,y),可以得 到图像 中某一像素点 的 坐标关系 : “ X + “ 。 d五 = 其中 dX.dY为图像物理坐标 系中的物理尺寸 (2)摄像机坐标 系 摄像机 坐标 系是以摄像机 光心为原点的一个三维 坐标 系.该 坐标系的 X轴和 Y轴 分别平行 于图像坐标 西的 X轴和 Y轴 .该 坐标系 的 Z轴为摄像

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