【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及图像处理，尤其涉及基于图像匹配技术的泥石流流速测量方法。
技术介绍
1、泥石流作为一种典型的地质灾害，给山区、沿河地区的生命财产安全带来了严重威胁。同时，泥石流具有突发性、破坏性强、持续时间短等特点，其流速、流量等关键参数的实时监测对于灾害预警、应急响应以及防治措施的制定至关重要。目前，传统的泥石流流速测量方法主要依赖于地面仪器测量、雷达测速和激光扫描等技术。这些方法虽然可以提供一定的测量精度，但普遍存在设备昂贵、布设复杂、操作困难等缺点，难以广泛应用于实际灾害监测和防治中。尤其是在复杂地形或高危区域，传统技术的应用受到很大限制。因此，如何利用图像处理技术实现高效、准确、实时的泥石流流速测量成为亟待解决的技术难题。
技术实现思路
1、鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。
2、因此，本专利技术提供了基于图像匹配技术的泥石流流速测量方法，其解决的技术问题是，如何利用先进的图像处理技术，克服传统泥石流流速测量方法在精度、效率和适用性方面的局限性，提供一种高效、精准、实时且适应性强的流速测量方案。传统的泥石流流速测量方法，如地面仪器测量、雷达测速和激光扫描等，通常面临设备昂贵、布设复杂、操作困难以及在复杂地形或高危区域应用受限等问题。此外，这些传统方法多依赖人工干预，导致测量效率低下，且无法实现实时、自动化的流速监测。因此，本专利技术通过结合多源图像融合、深度信息分析和特征点匹配等技术，创新性地提出了一种基于图像匹配的泥石流流速测量方法，不仅能够在复杂环境中
3、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案，基于图像匹配技术的泥石流流速测量方法，包括：
4、收集来自多个不同来源的图像数据，包括无人机拍摄的高空图像、地面摄像头拍摄的实时图像以及卫星遥感图像；
5、对所述图像数据进行预处理，包括去噪、光照校正、视角差异校正、图像裁剪及畸变矫正，将预处理后的多个来源的图像数据进行对齐与融合，利用特征点匹配方法对图像进行配准，并通过拉普拉斯金字塔进行图像细节融合；
6、基于已对齐并融合的图像序列，使用光流法计算图像中的像素位移，通过分析像素灰度变化推算泥石流区域的流速。
7、作为本专利技术所述的基于图像匹配技术的泥石流流速测量方法的一种优选方案，其中：所述预处理包括，使用中值滤波或高斯滤波算法对图像进行去噪处理，通过中值滤波替代每个像素值为邻域像素的中值，或通过高斯滤波对图像进行加权平滑，并进行光照校正，采用直方图均衡化或自适应对比度增强方法调整图像的亮度分布或局部对比度，同时使用特征点匹配方法对来自不同视角的图像进行视角差异校正，利用sift算法提取和匹配图像中的关键特征点进行配准，随后，进行图像裁剪，裁剪出图像中的感兴趣区域roi，最后使用相机标定技术对镜头畸变进行矫正，结合标定板采集的内外参数，应用径向畸变模型进行修正。
8、作为本专利技术所述的基于图像匹配技术的泥石流流速测量方法的一种优选方案，其中：所述预处理还包括，对图像中的每个像素点，使用该像素邻域的中值代替当前像素值，通过设定一个窗口大小，对于图像中的每个像素，采用以下公式进行替换：
9、
10、其中为原始图像像素值，为处理后的图像像素值，是滤波窗口的大小, 表示计算邻域像素值的中值，i、j表示当前像素点的邻域像素点的偏移量；
11、使用加权平均对图像进行平滑，图像中的每个像素值与其邻域像素值按照高斯函数加权平均，其权重通过以下高斯函数计算：
12、
13、其中，为高斯滤波的标准差，为高斯滤波器的权重函数，为当前像素位置与邻域像素的偏移量；
14、图像滤波计算公式为：
15、
16、其中为滤波窗口的一半大小；
17、设原始图像的灰度值为，其灰度值范围为，灰度直方图的累积分布函数cdf为 :
18、
19、其中，为灰度值的概率，表示图像中像素的灰度值，表示灰度级数，cdf通过以下公式归一化：
20、
21、其中，表示归一化后的累积分布函数；
22、然后，直方图均衡化后的像素值通过如下公式进行计算：
23、
24、设定局部窗口中的像素值为，局部对比度表示为：
25、
26、通过对局部区域进行对比度增强计算，生成调整后的图像。
27、作为本专利技术所述的基于图像匹配技术的泥石流流速测量方法的一种优选方案，其中：所述预处理还包括，对于两幅不同视角的图像和，首先提取其中的特征点，通过特征点描述符计算相似度：
28、
29、其中和为特征点和的描述符的第个维度；、分别表示两幅图像中的匹配特征点的坐标；n表示特征描述符的维度数量；通过匹配算法，找到相似度最小的特征点对，对应的匹配点对使用单应性矩阵进行图像变换校正：
30、
31、其中，为通过匹配点对计算得到的单应性矩阵，通过该矩阵将两幅图像进行对齐；
32、设定图像的裁剪矩形框，通过以下公式裁剪图像：
33、
34、裁剪后的图像只保留区域内的像素值；和分别表示区域的横向和纵向坐标范围；表示裁剪后的图像像素值；
35、通过相机标定，得到相机内参矩阵和畸变系数，描述相机的几何畸变；
36、使用径向畸变模型进行矫正，设原始图像中的点和畸变后的点之间的关系为：
37、
38、其中为到图像中心的距离，为径向畸变系数；
39、结合相机标定得到的畸变系数，应用以下公式进行畸变矫正：
40、
41、其中，为矫正后的坐标。
42、作为本专利技术所述的基于图像匹配技术的泥石流流速测量方法的一种优选方案，其中：所述图像细节融合包括，通过连续应用高斯滤波和下采样操作，将图像分解为多个不同分辨率的图像层，同时对于原始图像，第层高斯金字塔表示为：
43、
44、其中，表示在第层高斯金字塔中，位置上的像素值；表示对原始图像进行高斯滤波操作；表示在第层使用的高斯滤波标准差；
45、每一层拉普拉斯金字塔是通过将上层的高斯图像减去下采样后上层图像得到的，第层拉普拉斯金字塔的计算公式为：
46、
47、其中，表示对第层高斯金字塔图像进行上采样，使其与第层的图像大小相同；表示在第层拉普拉斯金字塔中，位置上的像素值；
48、对于两幅图像和，其拉普拉斯金字塔的融合过程如下：
49、对两幅图像分别构建拉普拉斯金字塔和；
50、对每一层拉普拉斯金字塔进行加权融合，得到融合后的拉普拉斯金字塔：
51、
52、其中，是第层的加权系数，通常根据图像局部特征，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于图像匹配技术的泥石流流速测量方法，其特征在于：包括，
2.如权利要求1所述的基于图像匹配技术的泥石流流速测量方法，其特征在于：所述预处理包括，使用中值滤波或高斯滤波算法对图像进行去噪处理，通过中值滤波替代每个像素值为邻域像素的中值，或通过高斯滤波对图像进行加权平滑，并进行光照校正，采用直方图均衡化或自适应对比度增强方法调整图像的亮度分布或局部对比度，同时使用特征点匹配方法对来自不同视角的图像进行视角差异校正，利用SIFT算法提取和匹配图像中的关键特征点进行配准，随后，进行图像裁剪，裁剪出图像中的感兴趣区域ROI，最后使用相机标定技术对镜头畸变进行矫正，结合标定板采集的内外参数，应用径向畸变模型进行修正。
3.如权利要求2所述的基于图像匹配技术的泥石流流速测量方法，其特征在于：所述预处理还包括，对图像中的每个像素点，使用该像素邻域的中值代替当前像素值，通过设定一个窗口大小，对于图像中的每个像素p，采用以下公式进行替换：
4.如权利要求3所述的基于图像匹配技术的泥石流流速测量方法，其特征在于：所述预处理还包括，对于两幅不同视角的图像和，首先
5.如权利要求4所述的基于图像匹配技术的泥石流流速测量方法，其特征在于：所述图像细节融合包括，通过连续应用高斯滤波和下采样操作，将图像分解为多个不同分辨率的图像层，同时对于原始图像，第层高斯金字塔表示为：
6.如权利要求5所述的基于图像匹配技术的泥石流流速测量方法，其特征在于：所述推算泥石流区域的流速包括，光流法通过估算图像中相邻帧之间的像素位移计算物体的运动，假设在两个时间点t和t+1上，图像的灰度值保持不变，那么图像灰度变化通过光流约束方程表示为：
7.如权利要求6所述的基于图像匹配技术的泥石流流速测量方法，其特征在于：所述推算泥石流区域的流速还包括，时空滤波在光流计算得到的流速信息上进行优化，时空滤波具体公式如下：
8.如权利要求7所述的基于图像匹配技术的泥石流流速测量方法，其特征在于：所述推算泥石流区域的流速还包括，利用多视角图像技术，通过至少两台摄像机从不同角度获取同一场景的立体图像，计算每个像素点的深度信息，并结合深度图与图像的像素位移，推算泥石流区域的三维流速，其中深度图计算采用Semi-Global Matching算法，生成高精度的深度图，并将深度信息与图像的像素位移结合，进一步计算泥石流的三维流速，同时使用目标检测与跟踪算法，通过卷积神经网络CNN对泥石流区域中的特定运动物体进行检测，并利用卡尔曼滤波或粒子滤波对物体进行动态跟踪，推算运动轨迹。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.基于图像匹配技术的泥石流流速测量方法，其特征在于：包括，
2.如权利要求1所述的基于图像匹配技术的泥石流流速测量方法，其特征在于：所述预处理包括，使用中值滤波或高斯滤波算法对图像进行去噪处理，通过中值滤波替代每个像素值为邻域像素的中值，或通过高斯滤波对图像进行加权平滑，并进行光照校正，采用直方图均衡化或自适应对比度增强方法调整图像的亮度分布或局部对比度，同时使用特征点匹配方法对来自不同视角的图像进行视角差异校正，利用sift算法提取和匹配图像中的关键特征点进行配准，随后，进行图像裁剪，裁剪出图像中的感兴趣区域roi，最后使用相机标定技术对镜头畸变进行矫正，结合标定板采集的内外参数，应用径向畸变模型进行修正。
3.如权利要求2所述的基于图像匹配技术的泥石流流速测量方法，其特征在于：所述预处理还包括，对图像中的每个像素点，使用该像素邻域的中值代替当前像素值，通过设定一个窗口大小，对于图像中的每个像素p，采用以下公式进行替换：
4.如权利要求3所述的基于图像匹配技术的泥石流流速测量方法，其特征在于：所述预处理还包括，对于两幅不同视角的图像和，首先提取其中的特征点，通过特征点描述符计算相似度：
5.如权利要求4所述的基于图像匹配技术的泥石流流速测量方法，其特征在于：所述图像细节融合包括，通过连续应用高斯滤波和下采样操作，将图像分解为多个不同分辨率的图像层，同时对于原始图像，第层高斯金字塔表示为：
6.如权利要求5所述的基...
【专利技术属性】
技术研发人员：和祥，刘宏伦，董学兰，杨超，李嘉怀，薛博强，
申请(专利权)人：云南黄金矿业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。