水槽中波浪特征参数获取装置及其获取方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109084953A(43)申请公布日2018.12.25(21)申请号201810984196.0(22)申请日2018.08.28(71)申请人水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院地址210029江苏省南京市广州路223号(72)发明人吴时强高昂吴修锋王芳芳戴江玉薛万云贾本有朱森林杨倩倩徐鹏赵宇航徐准(74)专利代理机构江苏斐多律师事务所32332代理人袁敏(51)Int.Cl.G01M10/00(2006.01)G06K9/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称水槽中波浪特征参数获取装置及其获取方法(57)摘要本发明公开了一种水槽中波浪特征参数获取装置及其获取方法，包括实验水槽、片激光发射器、摄像机和计算机；实验水槽的侧壁及底壁均采用透明材质；片激光发射器位于实验水槽的底壁下方，采用垂直仰拍的方式向实验水槽内的水体发射片激光；摄像机位于实验水槽的侧壁外侧且采用侧视拍摄的方式定点拍摄片激光照射截面的波浪运动过程；计算机与摄像机连接，计算机采用图像识别算法对摄像机拍摄的视频的每帧图片中波浪的轮廓进行识别，并计算波浪特征参数；本发明可获取波浪形态的时、空连续变化过程及分布；可获取波浪的波高、波长、波速和波周期；整个过程对水体及波浪的运动无干扰，自动化程度高，波浪特征参数的获取均没有经过估算，数据准确度高。CN109084953ACN109084953A权利要求书1/2页1.一种水槽中波浪特征参数获取装置，其特征在于：包括实验水槽、片激光发射器、摄像机和计算机；所述实验水槽的侧壁及底壁均采用透明材质；所述片激光发射器位于实验水槽的底壁下方且用于向实验水槽内的水体发射片激光；所述摄像机位于实验水槽的侧壁外侧且用于采用侧视拍摄的方式定点拍摄片激光照射截面的波浪运动过程；所述计算机与摄像机连接，计算机用于采用图像识别算法依次对摄像机拍摄的视频的每帧图片中波浪的轮廓进行识别，并计算波浪特征参数。2.根据权利要求1所述的水槽中波浪特征参数获取装置，其特征在于：所述实验水槽为无盖水槽，所述无盖水槽内的水体通过造波板形成波浪。3.根据权利要求1所述的水槽中波浪特征参数获取装置，其特征在于：所述的实验水槽为风洞水槽，所述风洞水槽为风生波风洞水槽，所述风洞水槽的顶部设有风洞水槽盖板，所述风洞水槽内的水体通过风机形成波浪，所述风机安装在风洞水槽的尾部。4.根据权利要求2或3所述的水槽中波浪特征参数获取装置，其特征在于：所述的实验水槽的侧壁及底壁均采用钢化透明玻璃，所述的片激光发射器为连续激光发射器，所述的摄像机采用彩色摄像机。5.一种基于权利要求1所述的水槽中波浪特征参数获取装置的获取方法，其特征在于，包括：步骤1、片激光发射器向实验水槽内的水体发射片激光；步骤2、摄像机标定，获取标定系数r；步骤3、摄像机拍摄水体的波浪运动视频；步骤4、将摄像机拍摄的视频载入计算机；步骤5、计算机内的图像识别模块采用图像识别算法依次对视频内每帧图片中波浪的轮廓进行识别，并根据标定系数r计算波浪特征参数；步骤6、计算机保存识别和计算结果。6.根据权利要求5所述的获取方法，其特征在于，所述的步骤5的图像识别算法为：(1)、将视频分离为系列图像；(2)、图像预处理，得到二值化图；(3)、采用遍历算法对二值化图的数值矩阵进行计算，获取波浪轮廓的像素坐标值；(4)、对波浪轮廓的像素坐标值进行计算，获取波浪的波峰与波谷的像素坐标值；(5)、将波浪中波谷的垂向像素坐标值减去相邻波峰的垂向像素坐标值，得到该波浪的波高像素长度Hp；对于波浪中两个相邻波峰或两个相邻波谷，采用右侧波峰或右侧波谷的横向像素坐标值减去左侧波峰或左侧波谷的横向像素坐标值，得到该波浪的波长像素长度Lp；(6)、将每帧图片中波峰设置为角点，并获取其像素坐标值；(7)、将后一帧图片中波浪的角点横向像素坐标值减去前一帧图片中同一波浪的角点横向像素坐标值，得到该波浪在Δt时间内横向位移的像素长度Sp，其中Δt为相邻两帧图片的时间间隔；(8)、将波浪的波高像素长度Hp、波浪的波长像素长度Lp以及该波浪在Δt时间内横向位移的像素长度Sp分别乘以标定系数r，得到该波浪的实际波高H、波浪的实际波长L以及该波浪在Δt时间内的实际横向位移S；2CN109084953A权利要求书2/2页(9)、将波浪在Δt时间内的实际横向位移S除以Δt，得到波速C，将波浪的实际波长L除以波速C，得到波周期T；(10)、判断当前图片是否为视频最后一帧，若不是，则返回步骤(2)循环计算，否则结束。7.根据权利要求6所述的获取方法，其特征在于，所述的图像预处理包括：a、将每帧图像转换为灰度图，获取灰度图的数值矩阵；b、对灰度图的数值矩阵