视频图像测量风速方法

视频图像测量风速方法 

技术领域

本发明方法涉及一种通过摄像头传回的关于场景中标识风转轮的连续视频，自动测量出场景中风速的新方法，可适用于光照良好的自然条件下风速测量，如：草场等。 

背景技术

传统的风速测量有很多种，大部分都是基于传感器的方法：热式风速仪，三杯点涡流式传感器，三杯光耦感应器式传感器。 

随着计算软硬件的发展，利用计算机视觉方法对场景状态进行测量已发展成为计算机视觉中的一个重要课题，计算机视觉测量已引起越来越多的学者兴趣和关注。本文就利用计算机视觉方法测量风速一种新方法的尝试。 

发明内容

本发明的目的是为了通过摄像头传回的关于场景中标识风转轮的连续视频，自动测量出场景中风速。扩展了计算机视觉测量的应用范围。 

本发明公开了一种利用通过摄像头传回的关于场景中标识风转轮的连续视频，自动测量出场景中风速的新方法。 

本发明涉及两个部分： 

一：标识风速轮的制作部分：如图1所示的草图： 

中间的红圆转盘最好是正圆，颜可以是图片的，但要求图场景中的大部分颜不同，最好是红，这样再利用图像处理方法的时候可以不考虑光照带来的阴影的影响； 

红圆盘上的黑部分，不一定非要黑，但要求与圆转盘的颜有明显的图片，本文中选用黑。 

剩下的部分没有特别的要求，只是按照样子做就可以了。 

二：数字图像处理与计算部分：在测量风速的过程中，首先通过摄像头拍摄场景中标识风转轮，取得连续的视频图像。然后读取视频图像中的每一帧，对每一帧进行二值化、梯度化处理取得轮廓线、取得最大轮廓线并对最大轮廓线进行拟合椭圆、得到椭圆的中心myCenter(midX、midY)、长短轴lengthh和width、再取得椭圆上的黑标识部分、算出其中心坐标点center(nextX、nextY)、由上一帧计算出的中心点center(fristX、fristY)计算两帧旋转的夹角，由此算出角速度，进而算出风速。 

本发明方法的条件和步骤如下： 

1.所需设备：待校正的成像系统，普通PC机，标识的风转轮；其中成像系统可以是相机或摄像机等(本文采用的是摄像头)； 

2.实现步骤： 

本发明方法(010)部分，图像的预处理，得到轮廓线。具体步骤如下：  

步骤011：取当前一帧，对图像中满足“红”的像素点取为“255”、否则为“0”，这样得到如图2所示的二值化的图像。 

步骤012：去二值化后的图像，对其进行梯度运算，得到梯度图、并提出所有的轮廓线，如图3所示的结果； 

本发明方法(020)部分，取得最大轮廓线并对其进行拟合椭圆，同时得到椭圆的参数。然后取得椭圆区域的黑标记部分。具体步骤如下： 

步骤021：取得最大轮廓线上的所有坐标点，带入椭圆的一般方程ax²+by²+cxy+dx+ey＝1；利用最小二乘，拟合计算出各个系数。 

步骤022：在椭圆区域内，对图像中满足“黑”的像素点取为“255”、否则为“0”， 

本发明方法(030)部分，计算出本帧与前帧的旋转夹角，具体步骤如下： 

步骤C031：计算椭圆区域“黑”部分的中心坐标点center(nextX、nextY)，由上一帧计算出的中心点center(fristX、fristY)、椭圆的中心点myCenter(midX、midY)，计算两帧旋转的夹角，由此算出角速度。 

有益效果： 

本发明的目的是提供一种能够通过计算机视觉计算风速的新方法。其优点在于采用数字图像处理技术，方法灵活，易于实现，成本较低；同时使用该方法简单通用，对于任意相机或摄像机，任意分辨率的图像都可使用。 

附图说明

图1标识风转轮的示意图 

图2圆转盘部分的二值化结果 

图3轮廓的提取示意图(蓝标记部分) 

图4对最大轮廓线的拟合椭圆 

图5对圆转盘上的标记的提取结果 

图6程序处理流程图