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基于斷面水邊線定向的視頻測流攝像機標(biāo)定

時間：2023-05-24 來源：

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文章題目：基于斷面水邊線定向的視頻測流攝像機標(biāo)定

作者姓名：姜天生1，張振1，趙麗君1，符偉杰2，褚澤帆2，朱健勇2

作者單位：1.海大學(xué)計算機與信息學(xué)院，江蘇 南京 211100；2.水利部南京水利水文自動化研究所，江蘇 南京 210012

摘要: 近年來圖像法測流技術(shù)在測量的安全性、時效性和成果的直觀性方面表現(xiàn)出傳統(tǒng)測量手段不可比擬的優(yōu)勢。其中攝像機標(biāo)定是實現(xiàn)從圖像光流場到水面流速矢量場之間轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。現(xiàn)有技術(shù)大多基于直接線性變化法（DLT）對測量系統(tǒng)進行現(xiàn)場標(biāo)定，但布設(shè)地面控制點存在效率低、風(fēng)險高、寬斷面天然河流操作難度大等不足。本研究將標(biāo)定過程分解為實驗室內(nèi)參標(biāo)定和現(xiàn)場外參標(biāo)定兩步進行，其中后者又被劃分為攝像機定位和定向兩個環(huán)節(jié)。在實際中攝像機的起點距和高程通常易于精確測量，而姿態(tài)角對水面攝影測量更為敏感。河道水邊線相比地面控制點不僅在寬斷面下更易于觀測，而且與測流斷面地形及水位相關(guān)。鑒于此，提出了一種基于斷面水邊線定向的攝像機姿態(tài)角標(biāo)定方法。方法要求攝像機安裝時光軸與斷面方向平行，使得方位角置零。利用無畸變圖像中人工標(biāo)注的平直斷面水邊線的斜率計算出橫滾角。接下來通過計算水邊線與圖像縱軸交點作為其亞像素像方坐標(biāo)。最后依據(jù)透視投影成像模型，聯(lián)合水位與插值斷面高程求得的物方坐標(biāo)解算出俯仰角。為開展評估，將標(biāo)定方法應(yīng)用于時空圖像測速法（STIV），實現(xiàn)200m寬河流的免像控表面流速測量。實驗開展了與纜道流速儀的比測。結(jié)果表明：起點距的平均相對誤差為0.13%，表面流速的最大相對誤差小于6.3%。驗證了標(biāo)定結(jié)果可滿足大斷面河流非接觸式測流的精度需求。