基于数字图像的水位识别系统及其方法.PDF

２０１４年１月 第３２卷　第１期 　 Ｊａｎ．２０１４ Ｖｏｌ．３２　 Ｎｏ．１ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－８５３０．１３．００６９ 基于数字图像的水位识别系统及其方法 １，２，３ １，２，３ １，２，３，４ １，２，３ 徐兴 ，洪添胜 ，岳学军 ，蔡坤 ， １，２，３ １，２，３ 黄双萍 ，刘永鑫 徐兴 （１．华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室，广东 广州 ５１０６４２；２．华南农业大学国家柑 橘产业技术体系机械研究室，广东 广州５１０６４２；３．华南农业大学工程学院，广东 广州５１０６４２；４．南昆士兰大 学工程与测绘学院，澳大利亚 图文巴ＱＬＤ４３５０） 摘要：为了有效监控水情，给水利和农业生产灌溉提供及时有效的指导信息，设计了一种基于数 字图像的水位识别系统．该系统将红色的球形浮标置于垂直于水面的固定杆上，水位变化引起 球形浮标上下变化，所拍摄图像上浮标的相对位置也出现变化，从而可通过图像处理获得水位 信息．针对所设计的水位识别系统，提出基于红色色域和球形特征的自适应球形浮标目标提取 算法和球心坐标计算和校正算法，用以求得浮标球心的准确坐标位置，并通过球心坐标和水位之 ６ 间的换算公式，最终计算得到当前水位高度数据．现场试验结果表明，在采用６．０×１０ｐｉｘｅｌ摄像 头，拍摄高度为７１ｃｍ，摄像头和固定杆距离为２８２ｃｍ的条件下，该系统最大测量误差为 ０２１６９１ｃｍ，低于国标（ＧＢ／Ｔ５０１３８—２０１０）所规定的１ｃｍ误差．该系统无需专用昂贵的水位计 或复杂的传感器技术，成本较低；以浮标为检索目标，使此法不受水温、水质、含沙量等外界干扰 因素的影响，适用性更强；系统组成简单，安装方便，易于使用． 关键词：水位监测；浮球特征；球心位置；数字图像处理 中图分类号：Ｓ２７７９；ＴＰ３９１　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７４－８５３０（２０１４）０１－００３３－０７ 　　　 徐兴，洪添胜，岳学军，等．基于数字图像的水位识别系统及其方法［Ｊ］．排灌机械工程学报，２０１４，３２（１）：３３－３９． Ｄｉｇｉｔａｌｉｍａｇｅｂａｓｅｄｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｒｅｃｏｇｎｉｚｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｎｄｍｅｔｈｏｄ １，２，３ １，２，３ １，２，３，４ １，２，３ １，２，３ １，２，３ ＸｕＸｉｎｇ ，ＨｏｎｇＴｉａｎｓｈｅｎｇ ，ＹｕｅＸｕｅｊｕｎ ，ＣａｉＫｕｎ ，ＨｕａｎｇＳｈｕａｎｇｐｉｎｇ ，ＬｉｕＹｏｎｇｘｉｎ （１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＫｅｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＭａｃｈｉｎｅａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒ ｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ５１０６４２，Ｃｈｉｎａ；２．ＤｉｖｉｓｉｏｎｏｆＣｉｔｒｕｓＭａｃｈｉｎｅｒｙ，ＣｈｉｎａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅＲｅｓｅａｒｃｈＳｙｓｔｅｍ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ５１０６４２，Ｃｈｉｎａ；３．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ５１０