本發(fā)明涉圖像識(shí)別，尤其涉及一種基于圖像識(shí)別的水位測(cè)量方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著城市地下工程的不斷發(fā)展，地下隧道的建設(shè)和維護(hù)變得尤為重要，在暴雨等極端天氣條件下，地下隧道可能面臨水位上升的風(fēng)險(xiǎn)，而水位的變化可能對(duì)地下隧道中的施工進(jìn)度和安全造成影響，因此，為了能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)地下隧道中的積水或滲水問題，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地下隧道中的水位變化，以保障隧道結(jié)構(gòu)的安全。

2、現(xiàn)有的水位測(cè)量技術(shù)多為利用壓力傳感器在水下直接測(cè)量水位。實(shí)際應(yīng)用中，壓力傳感器易受到水質(zhì)變化（如沉積物、氣泡）和傳感器老化影響，水中的沉積物可能會(huì)附著在傳感器表面，改變其響應(yīng)特性，導(dǎo)致在進(jìn)行水位測(cè)量時(shí)靈敏度下降和測(cè)量誤差增加，從而對(duì)進(jìn)行地下隧道水位測(cè)量時(shí)的精確度較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于圖像識(shí)別的水位測(cè)量方法及裝置，其主要目的在于解決進(jìn)行地下隧道水位測(cè)量時(shí)的精確度較低的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種基于圖像識(shí)別的水位測(cè)量方法，包括：

3、根據(jù)預(yù)設(shè)的滑動(dòng)窗口采集地下隧道中的水位圖像，對(duì)所述水位圖像進(jìn)行圖像細(xì)化處理，得到水位細(xì)化圖像；

4、提取地下隧道對(duì)應(yīng)的環(huán)境特征，根據(jù)所述環(huán)境特征確定所述水位圖像的圖像標(biāo)簽，根據(jù)所述圖像標(biāo)簽逐一對(duì)所述水位細(xì)化圖像進(jìn)行圖像分割，得到水位分割圖像；

5、提取所述水位分割圖像對(duì)應(yīng)的邊緣特征，根據(jù)所述邊緣特征確定地下隧道中目標(biāo)水面的水位線位置，根據(jù)所述水位線位置計(jì)算所述水位圖像對(duì)應(yīng)的水位線像素坐標(biāo)；

6、將所述水位線像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為實(shí)際水位坐標(biāo)，根據(jù)所述實(shí)際水位坐標(biāo)計(jì)算目標(biāo)水面中每個(gè)圖像標(biāo)簽對(duì)應(yīng)的實(shí)際水位值；

7、根據(jù)所述實(shí)際水位值確定目標(biāo)水面中每個(gè)圖像標(biāo)簽對(duì)應(yīng)的水位位置，利用預(yù)設(shè)的偏移算法對(duì)所述水位位置進(jìn)行位置修正，得到目標(biāo)水面的實(shí)際水位位置，包括：根據(jù)所述圖像標(biāo)簽統(tǒng)計(jì)同一目標(biāo)水面對(duì)應(yīng)的水位位置；利用如下所述偏移算法根據(jù)預(yù)先獲取的同一目標(biāo)水面對(duì)應(yīng)的歷史水位值及所述水位位置對(duì)應(yīng)的最高水位值計(jì)算所述水位位置的偏移值：；

8、其中，p為所述偏移值，f為偏移調(diào)節(jié)系數(shù)，為所述最高水位值，為所述歷史水位值中的平均值，為所述歷史水位值中的標(biāo)準(zhǔn)差，e為指數(shù)，為偏移控制權(quán)重，為偏移影響速度；

9、根據(jù)所述偏移值及所述水位位置對(duì)應(yīng)的最高水位值確定目標(biāo)水面的目標(biāo)水位值，根據(jù)所述目標(biāo)水位值確定目標(biāo)水面的實(shí)際水位位置。

10、可選地，所述根據(jù)預(yù)設(shè)的滑動(dòng)窗口采集地下隧道中的水位圖像，包括：

11、識(shí)別地下隧道中的水體區(qū)域；

12、根據(jù)所述水體區(qū)域配置預(yù)設(shè)的圖像采集設(shè)備的初始采集位置；

13、根據(jù)所述圖像采集設(shè)備的采集區(qū)域確定所述滑動(dòng)窗口的滑動(dòng)步長(zhǎng)；

14、通過所述滑動(dòng)步長(zhǎng)及所述初始采集位置確定所述圖像采集設(shè)備對(duì)應(yīng)的目標(biāo)采集位置；

15、利用所述目標(biāo)采集位置分段采集地下隧道中的水位圖像。

16、可選地，所述對(duì)所述水位圖像進(jìn)行圖像細(xì)化處理，得到水位細(xì)化圖像，包括：

17、對(duì)所述水位圖像進(jìn)行灰度化，得到灰度化水位圖像；

18、提取所述灰度化水位圖像中的水位細(xì)節(jié)圖像；

19、對(duì)所述水位細(xì)節(jié)圖像進(jìn)行二值化操作；

20、根據(jù)二值化后的水位細(xì)節(jié)圖像的像素值生成多重細(xì)化條件，其中所述多重細(xì)化條件為：；

21、其中，a為多重細(xì)節(jié)條件的集合，為第i個(gè)鄰域內(nèi)的每個(gè)像素值，為第個(gè)鄰域內(nèi)的每個(gè)像素值，為取余函數(shù)，為第一重細(xì)化條件中第j個(gè)鄰域像素關(guān)聯(lián)函數(shù)，為第二重細(xì)化條件中第j個(gè)鄰域像素關(guān)聯(lián)函數(shù)；

22、根據(jù)所述多重細(xì)化條件對(duì)二值化后的水位細(xì)節(jié)圖像進(jìn)行細(xì)化處理，得到水位細(xì)化圖像。

23、可選地，所述根據(jù)所述環(huán)境特征確定所述水位圖像的圖像標(biāo)簽，包括：

24、提取所述環(huán)境特征中的光照特征、隧道特征及天氣特征；

25、提取所述水位圖像中的多重圖像特征；

26、將所述多重圖像特征分別與所述光照特征、所述隧道特征及所述天氣特征進(jìn)行特征映射，得到所述水位圖像對(duì)應(yīng)的映射特征；

27、根據(jù)所述映射特征確定所述水位圖像的圖像標(biāo)簽。

28、可選地，所述根據(jù)所述圖像標(biāo)簽逐一對(duì)所述水位細(xì)化圖像進(jìn)行圖像分割，得到水位分割圖像，包括：

29、根據(jù)所述圖像標(biāo)簽確定所述水位細(xì)化圖像對(duì)應(yīng)的水體區(qū)域灰度值，其中所述水體區(qū)域灰度值為：；

30、其中，g為所述水體區(qū)域灰度值，為在橫坐標(biāo)x和縱坐標(biāo)y處的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的原始灰度值，為光照權(quán)重系數(shù)，為天氣權(quán)重系數(shù)，為灰度值修正系數(shù)，為光照調(diào)節(jié)系數(shù)，為天氣調(diào)節(jié)系數(shù)，為在橫坐標(biāo)x和縱坐標(biāo)y處的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光照特征值，為在橫坐標(biāo)x和縱坐標(biāo)y處的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的天氣灰度特征值；

31、根據(jù)所述水體區(qū)域灰度值識(shí)別所述水位細(xì)化圖像中目標(biāo)圖像區(qū)域；

32、將所述目標(biāo)圖像區(qū)域分離出所述水位細(xì)化圖像，得到水位分割圖像。

33、可選地，所述根據(jù)所述邊緣特征確定地下隧道中目標(biāo)水面的水位線位置，包括：

34、根據(jù)所述邊緣特征確定所述水位圖像對(duì)應(yīng)的輪廓位置；

35、根據(jù)所述輪廓位置確定所述水位圖像的水平曲線及垂直曲線；

36、通過所述水平曲線及所述垂直曲線的曲線交點(diǎn)確定地下隧道中目標(biāo)水面的最高水位點(diǎn)；

37、根據(jù)所述最高水位點(diǎn)確定地下隧道中目標(biāo)水面的水位線位置。

38、可選地，所述根據(jù)所述水位線位置計(jì)算所述水位圖像對(duì)應(yīng)的水位線像素坐標(biāo)，包括：

39、提取所述水位圖像中水位線位置對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)據(jù)；

40、根據(jù)所述像素?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)所述水位圖像對(duì)應(yīng)的邊緣點(diǎn)及最高水位點(diǎn)；

41、根據(jù)所述邊緣點(diǎn)及所述最高水位點(diǎn)計(jì)算所述水位線位置對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，其中橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)為：；

42、其中，x為所述橫坐標(biāo)，y為所述縱坐標(biāo)，x為所有邊緣點(diǎn)的橫坐標(biāo)，y為邊緣點(diǎn)中的最高縱坐標(biāo)，e為邊緣點(diǎn)，n為邊緣點(diǎn)總數(shù)量；

43、根據(jù)所述橫坐標(biāo)及所述縱坐標(biāo)生成所述水位圖像對(duì)應(yīng)的水位像素坐標(biāo)。

44、可選地，所述將所述水位線像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為實(shí)際水位坐標(biāo)，包括：

45、獲取地下隧道中目標(biāo)物體對(duì)應(yīng)的物體圖像，提取所述水位圖像對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)系位置，利用所述坐標(biāo)系位置確定所述物體圖像的物體像素坐標(biāo)；

46、提取圖像采集設(shè)備的設(shè)備參數(shù)，根據(jù)所述設(shè)備參數(shù)對(duì)所述物體像素坐標(biāo)進(jìn)行歸一化，得到物體歸一化坐標(biāo)，并根據(jù)所述設(shè)備參數(shù)對(duì)所述水位線像素坐標(biāo)進(jìn)行歸一化，得到水位線歸一化坐標(biāo)；

47、根據(jù)所述物體歸一化坐標(biāo)、所述水位線歸一化坐標(biāo)及預(yù)先獲取的目標(biāo)物體的目標(biāo)高度計(jì)算水位線的實(shí)際水位坐標(biāo)，其中所述實(shí)際水位坐標(biāo)為：；

48、其中，u為所述實(shí)際水位坐標(biāo)中的橫坐標(biāo)，v為所述實(shí)際水位坐標(biāo)中的縱坐標(biāo)，h為所述目標(biāo)高度，為所述水位線歸一化坐標(biāo)中的橫坐標(biāo)，為所述水位線歸一化坐標(biāo)中的縱坐標(biāo)，為所述物體歸一化坐標(biāo)中的橫坐標(biāo)，為所述物體歸一化坐標(biāo)中的縱坐標(biāo)。

49、可選地，所述根據(jù)所述實(shí)際水位坐標(biāo)計(jì)算目標(biāo)水面中每個(gè)圖像標(biāo)簽對(duì)應(yīng)的實(shí)際水位值，包括：

50、獲取每個(gè)圖像標(biāo)簽對(duì)應(yīng)的實(shí)際水位坐標(biāo)；

51、提取所述實(shí)際水位坐標(biāo)中的縱坐標(biāo)；

52、將所述縱坐標(biāo)確定為目標(biāo)水面中每個(gè)圖像標(biāo)簽對(duì)應(yīng)的實(shí)際水位值。

53、為了解決上述問題，本發(fā)明還提供一種基于圖像識(shí)別的水位測(cè)量裝置，所述裝置包括：

54、圖像細(xì)化處理模塊，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的滑動(dòng)窗口采集地下隧道中的水位圖像，對(duì)所述水位圖像進(jìn)行圖像細(xì)化處理，得到水位細(xì)化圖像；

55、圖像分割模塊，用于提取地下隧道對(duì)應(yīng)的環(huán)境特征，根據(jù)所述環(huán)境特征確定所述水位圖像的圖像標(biāo)簽，根據(jù)所述圖像標(biāo)簽逐一對(duì)所述水位細(xì)化圖像進(jìn)行圖像分割，得到水位分割圖像；

56、水位線像素坐標(biāo)計(jì)算模塊，用于提取所述水位分割圖像對(duì)應(yīng)的邊緣特征，根據(jù)所述邊緣特征確定地下隧道中目標(biāo)水面的水位線位置，根據(jù)所述水位線位置計(jì)算所述水位圖像對(duì)應(yīng)的水位線像素坐標(biāo)；

57、實(shí)際水位值計(jì)算模塊，用于將所述水位線像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為實(shí)際水位坐標(biāo)，據(jù)所述實(shí)際水位坐標(biāo)計(jì)算目標(biāo)水面中每個(gè)圖像標(biāo)簽對(duì)應(yīng)的實(shí)際水位值；

58、水位位置修正模塊，用于根據(jù)所述實(shí)際水位值確定目標(biāo)水面中每個(gè)圖像標(biāo)簽對(duì)應(yīng)的水位位置，利用預(yù)設(shè)的偏移算法對(duì)所述水位位置進(jìn)行位置修正，得到目標(biāo)水面的實(shí)際水位位置。

59、本發(fā)明實(shí)施例過滑動(dòng)窗口可以連續(xù)監(jiān)測(cè)地下隧道的水位變化，捕捉動(dòng)態(tài)水位信息；對(duì)采集到的圖像進(jìn)行細(xì)化處理，而細(xì)化處理能夠提高圖像的清晰度和邊緣定義，使得水位線更加明顯；基于地下隧道的環(huán)境特征有助于更好地適應(yīng)不同的場(chǎng)景，確保圖像標(biāo)簽的準(zhǔn)確性；通過對(duì)每個(gè)水位細(xì)化圖像進(jìn)行圖像分割，可以精準(zhǔn)識(shí)別水位區(qū)域，分離背景和水面，減少噪聲干擾，提高數(shù)據(jù)的可用性；邊緣特征提取能夠準(zhǔn)確定位水位線位置，確保計(jì)算出的水位坐標(biāo)更為可靠；將像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為實(shí)際水位坐標(biāo)，并計(jì)算實(shí)際水位值，可以獲得針對(duì)不同環(huán)境條件下的水位信息；利用預(yù)設(shè)的偏移算法對(duì)水位位置進(jìn)行修正，提高實(shí)際水位位置的準(zhǔn)確性。因此本發(fā)明提出的基于圖像識(shí)別的水位測(cè)量方法及裝置，可以解決進(jìn)行地下隧道水位測(cè)量時(shí)的精確度較低的問題。