基于断面水边线定向的视频测流摄像机标定

时间：2023-05-24 来源：

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文章题目：基于断面水边线定向的视频测流摄像机标定

作者姓名：姜天生1，张振1，赵丽君1，符伟杰2，褚泽帆2，朱健勇2

作者单位：1.海大学计算机与信息学院，江苏 南京 211100；2.水利部南京水利水文自动化研究所，江苏 南京 210012

摘要: 近年来图像法测流技术在测量的安全性、时效性和成果的直观性方面表现出传统测量手段不可比拟的优势。其中摄像机标定是实现从图像光流场到水面流速矢量场之间转换的关键环节。现有技术大多基于直接线性变化法（DLT）对测量系统进行现场标定，但布设地面控制点存在效率低、风险高、宽断面天然河流操作难度大等不足。本研究将标定过程分解为实验室内参标定和现场外参标定两步进行，其中后者又被划分为摄像机定位和定向两个环节。在实际中摄像机的起点距和高程通常易于精确测量，而姿态角对水面摄影测量更为敏感。河道水边线相比地面控制点不仅在宽断面下更易于观测，而且与测流断面地形及水位相关。鉴于此，提出了一种基于断面水边线定向的摄像机姿态角标定方法。方法要求摄像机安装时光轴与断面方向平行，使得方位角置零。利用无畸变图像中人工标注的平直断面水边线的斜率计算出横滚角。接下来通过计算水边线与图像纵轴交点作为其亚像素像方坐标。最后依据透视投影成像模型，联合水位与插值断面高程求得的物方坐标解算出俯仰角。为开展评估，将标定方法应用于时空图像测速法（STIV），实现200m宽河流的免像控表面流速测量。实验开展了与缆道流速仪的比测。结果表明：起点距的平均相对误差为0.13%，表面流速的最大相对误差小于6.3%。验证了标定结果可满足大断面河流非接触式测流的精度需求。