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基于斷面水邊線定向的視頻測流攝像機標定

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.海大學計算機與信息學院，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在測量的安全性、時效性和成果的直觀性方面表現出傳統測量手段不可比擬的優勢。其中攝像機標定是實現從圖像光流場到水面流速矢量場之間轉換的關鍵環節?，F有技術大多基于直接線性變化法（DLT）對測量系統進行現場標定，但布設地面控制點存在效率低、風險高、寬斷面天然河流操作難度大等不足。本研究將標定過程分解為實驗室內參標定和現場外參標定兩步進行，其中后者又被劃分為攝像機定位和定向兩個環節。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。鑒于此，提出了一種基于斷面水邊線定向的攝像機姿態角標定方法。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。最后依據透視投影成像模型，聯合水位與插值斷面高程求得的物方坐標解算出俯仰角。為開展評估，將標定方法應用于時空圖像測速法（STIV），實現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%。驗證了標定結果可滿足大斷面河流非接觸式測流的精度需求。