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基于图像处理的山溪性河流流速测量研究

作　者: 李刚
导　师: 江杰
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 流速测量 目标检测 目标跟踪 山溪性河流
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


基于图像法的山溪性河流流速测量是针对传统浮标监控系统提出的,它是利用视频监控技术来改善传统浮标法缺点的一种新的浮标检测方法,对河中的天然漂浮物或人工浮标进行监视,采用立体几何和摄影测量学原理,建立图像与实际水面坐标的转换模型,并对漂浮物进行精确跟踪,确定浮标的位置,进而计算出流速。该方法具有设备简单、测验历时短、数据自动显示、方便查询、瞬间可采集多个数据、工作人员参与少,并且在有探照灯等照明设备的情况下,不会漏测洪峰等特点。在科学技术迅速发展的今天,无论是对于自动化测量技术的提高,还是对山溪性河流的防洪减灾,将是一项极有意义的研究课题。本文详细介绍了基于图像处理的山溪性河流流速测量系统的基本原理,并在实验室搭建的山溪性河流模拟平台上,设计并实现了完整的流速测量系统。本文的主要工作如下:1阐述了摄像机标定的主要内容和常规方法,并采用针孔相机模型和张正友法对本文涉及的摄像机进行离线标定。2本文详细分析了中值滤波和平均值滤波的基本原理和特性,选用中值滤波进行去噪。并针对可能出现的边缘模糊化效应,采用拉普拉斯算子对图像做增强处理。3详细分析常用的运动目标检测方法,并针对山溪性河流的特点,选择连续帧间差分法,进行运动目标提取。4详细分析常用的匹配跟踪算法和卡尔曼预测跟踪的基本原理,并针对在实验室搭建的山溪性河流模拟平台,提出了一种快速的目标跟踪方法。5通过河流表面漂浮物的运动轨迹,结合空间分辨率,算出河流表面的流速,并与基于经典时差法得出的流速进行比较,结果表明,基于图像处理的山溪性河流流速测量方法能够满足实际的工程需求。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
1 绪论  9-15
  1.1 课题研究背景  9
  1.2 课题研究的目的与意义  9-10
  1.3 目前国内外研究现状  10-14
    1.3.1 目前河流流速测量研究现状  10-12
    1.3.2 视频监控技术的国内外研究现状  12-13
    1.3.3 视频监控技术在水文方面应用的国内外研究现状  13-14
  1.4 本论文主要工作介绍  14-15
2 平台介绍  15-20
  2.1 硬件平台介绍  15-16
  2.2 软件平台介绍  16-17
  2.3 相关概念  17-20
3 摄像机标定  20-31
  3.1 畸变  20
  3.2 摄像机标定  20-26
    3.2.1 坐标系  21-24
    3.2.2 线性模型  24-25
    3.2.3 非线性模型  25-26
  3.3 摄像机标定方法  26-29
    3.3.1 传统摄像机标定方法  26-28
    3.3.2 摄像机自标定法  28-29
  3.4 实验结果  29-31
4 图像预处理  31-38
  4.1 引言  31
  4.2 图像的噪声和滤波  31-35
    4.2.1 均值滤波的基本原理  32-33
    4.2.2 均值滤波的滤波特性  33
    4.2.3 中值滤波的基本原理  33-34
    4.2.4 中值滤波的基本特性  34-35
    4.2.5 实验结果及分析  35
  4.3 图像增强  35-37
    4.3.1 拉普拉斯图像增强  35-36
    4.3.2 实验结果及分析  36-37
  4.4 结论  37-38
5 运动目标检测  38-47
  5.1 引言  38
  5.2 背景差分法  38-41
    5.2.1 背景差分法原理  38-39
    5.2.2 背景模型的建立  39-40
    5.2.3 背景建模的过程  40-41
  5.3 光流场的方法  41-43
    5.3.1 运动场与光流场  41-42
    5.3.2 光流场计算的基本等式  42-43
  5.4 帧间差分法  43-46
    5.4.1 帧间差分法的具体实现  43-45
    5.4.2 实验及结果分析  45-46
  5.5 结论  46-47
6 运动目标跟踪  47-55
  6.1 概述  47
  6.2 区域匹配跟踪  47-48
  6.3 轮廓匹配的跟踪  48-49
  6.4 特征点匹配跟踪  49
  6.5 目标预测  49-52
  6.6 当前的跟踪过程  52-54
  6.7 结论  54-55
7 流速计算  55-61
  7.1 浮标系数的确定  55-57
    7.1.1 比测法  55
    7.1.2 水位流量关系曲线法  55-56
    7.1.3 水面流速系数法  56-57
  7.2 流速计算与分析  57-60
  7.3 结论  60-61
结束语  61-63
参考文献  63-66
在学研究成果  66-67
致谢  67

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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