一种基于仿生鹰眼视觉的渠道流量测定方法和装置

本发明涉及渠道流量测量，尤其涉及一种基于仿生鹰眼视觉的渠道流量测定方法和装置。

背景技术：

1、食物安全是国家安全的基本保证，水安全是食物安全的基础。渠道流量监测是水资源量化管理的关键，对渠道进行流量实时在线监测，可以实时了解灌区的用水量，对于用水或调水非常有控制意义，便于对灌区统筹管理。

2、目前量测水措施主要分为五大类，主要是流速仪量水、标准断面量水、涵闸量水和倒虹吸量水等建筑物量水、巴歇尔量水槽和量水槛等堰槽量水、水位和流量等仪器量水，但是由于建筑物实际情况和理论条件存在差距，很容易产生流量偏差，同时建筑物量水装备造价高，后期维护成本高，同时对测流时流态存在要求。现有的非接触测流方法由于天气、温度、河流中的物体、水质等因素的影响，测量精度可能会受到影响，从而导致数据不准确。

3、如何提高渠道流量的测量精度，是目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于仿生鹰眼视觉的渠道流量测定方法和装置，用以解决现有技术中存在的缺陷。

2、本发明提供一种基于仿生鹰眼视觉的渠道流量测定方法，包括：

3、获取渠道流动视频，并对所述渠道流动视频进行图像帧间隔提取，得到目标观测图像；

4、计算得到所述目标观测图像的光流值，基于所述目标观测图像的光流值在图像帧之间的位置变化信息以及所述目标观测图像的空间分辨率，计算得到所述目标观测图像在世界坐标系下的表层流速值；其中，所述位置变化信息用于指示所述目标观测图像中的像素点在时间域上的变化情况；

5、基于预训练的表层断面流速耦合模型获取断面平均流速，并基于所述断面平均流速和断面水位值，计算得到渠道流量；其中，所述表层断面流速耦合模型为：基于流速分布公式对所述世界坐标系下的表层流速值进行拟合，构建表层水流流速分布规律和中垂线流速分布规律，根据所述表层流速分布规律和所述中垂线流速分布规律训练得到；所述断面水位值为基于预先获取的水域岸线图像进行计算得到的。

6、根据本发明提供的一种基于仿生鹰眼视觉的渠道流量测定方法，所述对所述渠道流动视频进行图像帧间隔提取，得到目标观测图像，包括：

7、对所述渠道流动视频进行图像帧间隔提取以及图像增强预处理，得到初始观测图像；

8、对所述初始观测图像进行背景分割处理，得到所述目标观测图像。

9、根据本发明提供的一种基于仿生鹰眼视觉的渠道流量测定方法，所述计算得到所述目标观测图像的光流值，基于所述目标观测图像的光流值在图像帧之间的位置变化信息以及所述目标观测图像的空间分辨率，计算得到所述目标观测图像在世界坐标系下的表层流速值，包括：

10、计算得到所述目标观测图像的光流值，基于所述目标观测图像的光流值在图像帧之间的位置变化信息计算得到所述目标观测图像在像素坐标系下的表层流速值；

11、基于所述目标观测图像的空间分辨率和所述目标观测图像在像素坐标系下的表层流速值，计算得到所述目标观测图像在世界坐标系下的表层流速值。

12、根据本发明提供的一种基于仿生鹰眼视觉的渠道流量测定方法，在基于预训练的表层断面流速耦合模型获取断面平均流速之前，所述方法还包括：

13、基于所述世界坐标系下的表层流速值在所述目标观测图像中确定最优帧图像和参考线位置；基于所述最优帧图像和所述参考线位置得到局部渠道流场，对所述局部渠道流场进行流速拟合，得到流速分布公式。

14、根据本发明提供的一种基于仿生鹰眼视觉的渠道流量测定方法，所述基于预训练的表层断面流速耦合模型获取断面平均流速，包括：

15、基于所述参考线位置确定多个目标法线点，将所述多个目标法线点所在多条垂线作为分割面的对称轴对渠道进行分割；

16、基于所述表层断面流速耦合模型计算得到每条垂线的平均流速，通过加权平均法对所述每条垂线的平均流速进行计算，得到所述断面平均流速。

17、根据本发明提供的一种基于仿生鹰眼视觉的渠道流量测定方法，在基于所述断面平均流速和断面水位值，计算得到渠道流量之前，所述方法还包括：

18、获取历史水域岸线视频，并对所述历史水域岸线视频提取的图像进行拼接整合，得到历史水域岸线图像；

19、通过所述历史水域岸线图像对仿生鹰眼视觉模型进行训练，得到水位识别模型；其中，所述水位识别模型包括骨干网络和颈部网络，所述骨干网络用于提取所述水域岸线图像中的特征信息，并将特征信息提供给所述颈部网络，所述颈部网络用于对所述特征信息进行特征融合。

20、根据本发明提供的一种基于仿生鹰眼视觉的渠道流量测定方法，在基于所述断面平均流速和断面水位值，计算得到渠道流量之前，所述方法还包括：

21、获取水域岸线视频，并将所述水域岸线视频输入至所述水位识别模型中，得到所述断面水位值。

22、本发明还提供一种基于仿生鹰眼视觉的渠道流量测定装置，包括：

23、提取模块，用于获取渠道流动视频，并对所述渠道流动视频进行图像帧间隔提取，得到目标观测图像；

24、第一计算模块，用于计算得到所述目标观测图像的光流值，基于所述目标观测图像的光流值在图像帧之间的位置变化信息以及所述目标观测图像的空间分辨率，计算得到所述目标观测图像在世界坐标系下的表层流速值；其中，所述位置变化信息用于指示所述目标观测图像中的像素点在时间域上的变化情况；

25、第二计算模块，用于基于预训练的表层断面流速耦合模型获取断面平均流速，并基于所述断面平均流速和断面水位值，计算得到渠道流量；其中，所述表层断面流速耦合模型为：基于流速分布公式对所述世界坐标系下的表层流速值进行拟合，构建表层水流流速分布规律和中垂线流速分布规律，根据所述表层流速分布规律和所述中垂线流速分布规律训练得到；所述断面水位值为基于预先获取的水域岸线图像进行计算得到的。

26、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述基于仿生鹰眼视觉的渠道流量测定方法。

27、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于仿生鹰眼视觉的渠道流量测定方法。

28、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于仿生鹰眼视觉的渠道流量测定方法。

29、本发明提供的基于仿生鹰眼视觉的渠道流量测定方法和装置，通过获取渠道流动视频，并对渠道流动视频进行图像帧间隔提取，得到目标观测图像；计算得到目标观测图像的光流值，基于目标观测图像的光流值在图像帧之间的位置变化信息以及目标观测图像的空间分辨率，计算得到目标观测图像在世界坐标系下的表层流速值；其中，位置变化信息用于指示目标观测图像中的像素点在时间域上的变化情况；基于预训练的表层断面流速耦合模型获取断面平均流速，并基于断面平均流速和断面水位值，计算得到渠道流量；其中，表层断面流速耦合模型为：基于流速分布公式对世界坐标系下的表层流速值进行拟合，构建表层水流流速分布规律和中垂线流速分布规律，根据表层流速分布规律和中垂线流速分布规律训练得到；断面水位值为基于预先获取的水域岸线图像进行计算得到的。由此可知，本发明通过采集局部的渠道流动视频来推测全局区域从而获取断面平均流速，并根据断面平均流速计算得到渠道流量，方法简单且测量精度高。