數(shù)字圖像處理波高檢測方法ppt

Long-TermAutomatedMonitoringofNearshore

WaveHeightFromDigitalVideo

---長期使用數(shù)字視頻自動監(jiān)測近海岸浪高1308110642樊禹彤主要內(nèi)容：前言介紹論文方法驗證研究總結(jié)1.前沿介紹

本文主要介紹了從數(shù)字視頻序列中估計近海岸浪高的新方法，識別視頻中被記錄主波浪破碎區(qū)，并檢測估計波浪破碎區(qū)域內(nèi)波的高度。并使用幾何校正方法將圖像從像素單位轉(zhuǎn)換到現(xiàn)實單位米。將該算法與浮標(biāo)法和人工測量法比較，表明該方法可以作為長期檢測波高的工具。2.論文方法(1).系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：該系統(tǒng)的目標(biāo)是用于波統(tǒng)計的估計而不是提供單個波高的測量。該系統(tǒng)最初由一個數(shù)字視頻相機，一個采集單元，和一個處理單元組成。由相機獲取連續(xù)的數(shù)字視頻序列，且這一裝置被安裝在距離海平面一定高度的近海岸處。并且假定相機和破波之間是清晰干凈的，相機無偏轉(zhuǎn)角，且很短時間內(nèi)波被遮擋是系統(tǒng)允許的。(2).視頻預(yù)處理：在進(jìn)行任何算法處理之前都必須進(jìn)行預(yù)處理，減少需要被處理的數(shù)據(jù)量的同時對數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理。包括：提取時間堆棧，只提取相機中獲得的每一幀視頻中央柱部分，其余部分舍去，使用線性近似，因而對角度的調(diào)整不敏感。時間棧從大約10分鐘視頻中抽取15-30幀，橫軸表示時間，縱軸表示距離。調(diào)整照明和色彩，給定一個時間堆棧圖像，大小為T×V，由于顏色信息有低貢獻(xiàn)和無貢獻(xiàn)之分，為了減少需要被處理的信息量，需從彩色圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖像。轉(zhuǎn)換公式：

所得到的灰度級的強度

R，G和B表示紅色，綠色和藍(lán)色在該位置時在時間堆棧圖像中的值。其中的比例系數(shù)根據(jù)紅色信息量最大而藍(lán)色最少。轉(zhuǎn)換完后進(jìn)行歸一化，在圖中選擇水平行中總變異最低為標(biāo)準(zhǔn)，全部歸一化到[0,255]范圍內(nèi)，歸一化后每列具有相同的亮度，且不同圖像之間保持尺度一致性。檢測波破碎區(qū)域，依據(jù)顏色和亮度的調(diào)整，進(jìn)行破碎區(qū)的檢測。計算公式如下：

（1）

（2）這里表示在圖像中的第行第百分位的強度。是時間軸上每一行強度的總和，這是使歸一化后有最大值為1。由于白色泡沫，破波往往具有高強度。因此，破波區(qū)將會出現(xiàn)在強度（峰值）高的區(qū)域。由兩個因素決定：第95個百分位和第5個百分位之間的亮度差確保比第80個百分位強度大且具有高頻率的像素行，然后進(jìn)行檢測。

此圖為在時間堆棧圖中，橫軸為時間，縱軸為距離。被檢測區(qū)域被認(rèn)為是水平的兩行。

(3)檢測破波：利用淺水波的暗正面的效應(yīng)，因為接近垂直入

射觀察的面具有低的反射系數(shù)，從而創(chuàng)造一個前方的黑暗區(qū)圖(a)從視頻序列中全尺寸查看近岸波序列。矩形框標(biāo)志的區(qū)域集中在(b)-(d).波破碎過程如(b)-(d)，波前面的黑暗面效應(yīng)在(c)，(d)中表現(xiàn)。

然后使用Sobel邊緣檢測沿水平軸提高垂直邊緣強度。主要是為了增強由暗到低的轉(zhuǎn)換。然后進(jìn)行基于熵的二值化，選擇最顯著邊緣。圖(a)使用Sobel邊緣檢測結(jié)果。圖(b)基于熵的二值化的結(jié)果。根據(jù)檢測到的邊緣，找到最頂層和最底層的邊緣像素，將每對數(shù)據(jù)存儲在一個列表中，檢測時僅考慮垂直分量。因此可以允許相機的水平視角靈活選擇。(4)波高估計：只要獲得列表中檢測的波，每個波的高度以像素為單位，通過計算垂直方向上與之間的差并同時進(jìn)行濾波

濾波是為了消除場景中意外運動物體的干擾。天氣狀況不同所測得的波高也不同。圖（a）為暴風(fēng)天氣下測得最大波高為2.2米。圖（b）為天氣晴朗浪大測得最大波高為1.8米。圖（c）為天氣晴朗測得最大波高為1.2米。(5)實際坐標(biāo)的幾何校正：有必要建立像素V的垂直位置和真實世界坐標(biāo)之間的關(guān)系。則需整改三個參數(shù)，相機的水平安置的傾斜度，變焦角度，相機高度。所用的普通攝影測量方程可被一個非常簡單的一維幾何模型代替。像素向角度轉(zhuǎn)換：與特征具有明顯的距離：波的估計高度：

圖為像素坐標(biāo)向?qū)嶋H坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的幾何模型

(6)靈敏度：由于在測量過程中的誤差不僅與相機的固定參數(shù)有關(guān)還和所檢測的波與相機之間的距離有關(guān)，所以很難給定一個特定的靈敏度是用于任何情況。3.驗證實驗研究 在論文的最后使用了人工估計法和WaveWatchIII模型，以及用KG73轉(zhuǎn)換公式評價，公式是：其中k是實驗得到的自由參數(shù)，T是波的周期，是深水波高方法一找一名專業(yè)沖浪運動員每天對波進(jìn)行估計和記錄。方法二使用虛擬浮標(biāo)進(jìn)行顯著波高估計，再用KG73轉(zhuǎn)換公式結(jié)果表明，人工估計法和KG73轉(zhuǎn)換公式法只能作為參考，并且本文中的方法與人工估計法和KG73轉(zhuǎn)換公式法有很強的相關(guān)性。4.總結(jié) 用視頻序列對近岸波高估計的方