一种冰川表面运动速度快速获取方法及装置

1.本发明涉及冰川运动技术领域，具体为一种冰川表面运动速度快速获取方法及装置。


背景技术：

2.冰川运动是冰川流域物质交换的基础，也是研究冰川水文、冰川灾害的关键因素，冰川运动速度可以有效反映冰川的运动状况，使得通过监测冰川运动速度预警冰崩灾害备受关注。准确提取冰川运动速度有助于认识冰川运动与冰崩孕育过程的内在联系，对冰崩灾害的早期预警研究至关重要。
3.现有的冰川运动多数依靠bm算法和sad算法等局部匹配算法，导致计算出来的数据不够准确，容易出现误差。
4.所以需要针对上述问题设计一种冰川表面运动速度快速获取方法及装置。


技术实现要素：

5.(一)解决的技术问题
6.针对现有技术的不足，本发明提供了一种冰川表面运动速度快速获取方法及装置，解决了计算出来的数据不够准确，容易出现误差的问题。
7.(二)技术方案
8.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种冰川表面运动速度快速获取方法及装置，具体包括以下步骤：
9.s1.视频和图像拍摄
10.在冰川观测区部署两台视频传感器，从不同角度拍摄冰川，获取冰川观测视频和定时拍摄的图像；
11.s2.建立模型
12.通过slam即时定位与地图构建技术，采用sgbm半全局块匹配算法建立冰川三维点云模型；
13.s3.对比关键特征点
14.通过fast加速分段测试特征算法提取关键特征点，为提取冰川表面流速提供匹配特征点；
15.s4.计算运动速度、识别灾害
16.采用三维稀疏光流算法最终获取冰川运动信息；
17.s5.视频和图像数据缓存
18.卫星信号接收器远程获取视频传感器观测的冰川运动视频和图像。
19.优选的，所述视频数据缓存包括地面数据传输终端和卫星信号接收器通讯传输系统，所述地面数据传输终端包括第一高速存储介质、高清摄像头、第一i.max8m处理器、太阳能供电模块、左摄像头、右摄像头、第一5ghz无线通信模块和第一loro无线通讯模块，所述
卫星信号接收器通讯传输系统包括第二5ghz无线通信模块、第二高速存储介质、卫星信号接收器、锂电池供电模块、第二i.max8m处理器和第二loro无线通讯模块。
20.优选的，所述第一i.max8m处理器电性连接有第一5ghz无线通信模块、第一loro无线通讯模块、太阳能供电模块、第一高速存储介质和高清摄像头。
21.优选的，所述高清摄像头电性连接有左摄像头和右摄像头。
22.优选的，所述第二i.max8m处理器电性连接有第二高速存储介质、卫星信号接收器、锂电池供电模块、第二loro无线通讯模块和第二5ghz无线通信模块。
23.优选的，所述第一5ghz无线通信模块和第二5ghz无线通信模块通过无线连接。
24.优选的，所述第一loro无线通讯模块与第二loro无线通讯模块通过无线连接。
25.(三)有益效果
26.本发明提供了一种冰川表面运动速度快速获取方法及装置。具备以下有益效果：
27.1、本发明提供了一种冰川表面运动速度快速获取方法及装置，sgbm算法作为一种全局匹配算法，立体匹配的效果明显好于bm算法和sad算法等局部匹配算法，因此，为了满足准确的特征匹配需求，本发明拟采用sgbm算法建立两个拍摄角度的冰川图像的三维点云模型，立体匹配显示效果更好、精度更高。
28.2、本发明提供了一种冰川表面运动速度快速获取方法及装置，对于冰川运动瞬时位移的提取，利用视频传感器前后两帧图像数据，采用fast加速分段测试特征算法提取冰川图像的关键特征点，利用提取的特征点，完成前后时段的三维点云数据的空间匹配，然后采用高斯牛顿法优化的三维lk光流算法，最后通过光流算法提取冰川运动瞬时位移，可更准确计算冰川运动速度和方向，识别潜在的冰崩灾害。
附图说明
29.图1为本发明的基于边缘计算的slam冰川表面运动速度快速获取一个流程图；
30.图2为本发明的基于边缘计算的slam冰川表面运动速度快速获取另一个流程图；
31.图3为本发明的卫星信号接收器通讯传输系统硬件模块组成示意图；
32.图4为本发明的方法流程图。
33.其中，1、第一高速存储介质；2、高清摄像头；3、第一i.max8m处理器；4、太阳能供电模块；5、左摄像头；6、右摄像头；7、第一5ghz无线通信模块；8、第一lora无线通讯模块；9、第二5ghz无线通信模块；10、第二高速存储介质；11、卫星信号接收器；12、胶体电池供电模块；13、第二i.max8m处理器；14、第二lora无线通讯模块。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.实施例：
36.如图1-4所示，本发明实施例提供一种冰川表面运动速度快速获取方法及装置，具体包括以下步骤：
37.s1.视频和图像拍摄
38.在冰川观测区部署两台视频传感器，从不同角度拍摄冰川，获取冰川观测视频；
39.s2.建立模型
40.通过slam即时定位与地图构建技术，采用sgbm半全局块匹配算法建立冰川三维点云模型；
41.sgbm算法作为一种全局匹配算法，立体匹配的效果明显好于bm算法和sad算法等局部匹配算法。因此，为了满足准确的特征匹配需求，本发明拟采用sgbm算法，通过采用不同角度拍摄的两幅冰川图像，计算图像对应的视差图，然后计算各像素在相机坐标下的坐标，最后将他们构成三维点云模型。
42.sgbm算法首先通过sobel算子，对不同角度拍摄的两幅冰川图像进行预处理，然后构建能量函数e(d)来表示像素方向和平滑度约束，其表达式为：
[0043][0044]
c(p，d
p
)表示整个视差图匹配代价总和，p1和p2是两个惩罚系数。构建能量函数的最终目的是得到左右两幅冰川图像尽可能平滑的视差图，有利于提高深度计算准确度；再根据相邻像素点p、q进行视差计算。通过为每个像素p选择具有最小成本的视差d来获取相对应的视差图像d
bp
沿像素q的对极线使用相同的成本计算确定对应的视差图像d
mq
。比较d
bp
，d
mq
检测遮挡和错误匹配，若不满足式(2)，则视差无效。
[0045]dp
＝d
bp
if|d
bp-d
mq
|≤1
[0046]
最后得到初始视差图，此时还需要进一步优化视差图，这主要是因为受冰川局部纹理变化不明显的影响，该视差图存在比较明显的误差。本发明拟采用选择强度一致的视差优化方法，剔除初始视差图的错误匹配，实现视差图优化。然后，使用计算各像素在相机坐标系下的坐标，通过双目相机的几何模型建立三维点云模型。
[0047]
s3.对比关键特征点
[0048]
通过fast加速分段测试特征算法提取关键特征点，为提取冰川表面流速提供匹配特征点；
[0049]
采用sgbm算法建立的前后时段冰川图像三维点云模型，通过提取的特征点完成两组点云模型数据中点云的两两匹配。
[0050]
s4.计算运动速度、识别灾害
[0051]
采用三维稀疏光流算法最终获取冰川运动信息；
[0052]
对于冰川运动瞬时位移的提取，利用视频传感器前后两帧图像数据，采用fast加速分段测试特征算法提取冰崩图像的关键特征点，然后采用高斯牛顿法优化的三维lk光流算法，最后通过光流算法提取冰崩运动瞬时位移和运动方向，计算时段内冰川表面运动速度，识别潜在的冰崩灾害。
[0053]
s5.视频和图像数据缓存
[0054]
卫星信号接收器远程获取视频传感器观测的冰川运动视频和图像；
[0055]
对于大体量的冰川运动观测视频数据，采集卫星信号接收器通讯传输系统，通过卫星信号接收器远程获取缓存在地面终端的视频和图像数据。
[0056]
视频数据缓存包括地面数据传输终端和卫星信号接收器通讯传输系统，地面数据
传输终端包括第一高速存储介质1、高清摄像头2、第一i.max8m处理器3、太阳能供电模块4、左摄像头5、右摄像头6、第一5ghz无线通信模块7和第一loro无线通讯模块8，卫星信号接收器通讯传输系统包括第二5ghz无线通信模块9、第二高速存储介质10、卫星信号接收器11、胶体电池供电模块12、第二i.max8m处理器13和第二loro无线通讯模块14。
[0057]
第一i.max8m处理器8电性连接有第一5ghz无线通信模块7、第一loro无线通讯模块8、太阳能供电模块4、第一高速存储介质1和高清摄像头2，高清摄像头2电性连接有左摄像头5和右摄像头6，第二i.max8m处理器13电性连接有第二高速存储介质10、卫星信号接收器11、胶体电池供电模块12、第二loro无线通讯模块14和第二5ghz无线通信模块9，第一5ghz无线通信模块7和第二5ghz无线通信模块9通过无线连接，第一loro无线通讯模块8与第二loro无线通讯模块14通过无线连接。
[0058]
胶体电池供电模块12通过第二i.max8m处理器13进行控制对卫星信号接收器机载中继系统进行供电，使第二高速存储介质10、卫星信号接收器11、第二lora无线通信模块14和第二5ghz无线通信模块9能够正常工作，太阳能供电模块4通过第一i.max8m处理器3进行控制对地面数据传输终端进行供电，使第一5ghz无线通信模块7、第一lora无线通信模块8、第一高速存储介质1、高清摄像头2、左摄像头5和右摄像头6进行工作，第一5ghz无线通信模块7与第二5ghz无线通信模块9能够通过无线的方式进行信号传输，第一lora无线通信模块8与第二lora无线通信模块14也能够通过无线的方式进行信号传输。
[0059]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种冰川表面运动速度快速获取方法，其特征在于，具体包括以下步骤：s1.视频和图像拍摄在冰川观测区部署两台视频传感器，从不同角度拍摄冰川，获取冰川观测视频和定时拍摄的图像；s2.建立模型通过slam即时定位与地图构建技术，采用sgbm半全局块匹配算法建立冰川的三维点云模型；s3.对比关键特征点通过fast加速分段测试特征算法提取关键特征点，为提取冰川表面流速提供匹配特征点；s4.计算运动速度、识别灾害采用三维稀疏光流算法最终获取冰川运动信息，识别潜在的冰崩灾害；s5.视频和图像数据缓存卫星信号接收器远程获取视频传感器观测的冰川运动视频。2.一种冰川表面运动速度快速获取装置，其特征在于：所述视频数据缓存包括地面数据传输终端和卫星信号接收器通讯传输系统，所述地面数据传输终端包括第一高速存储介质(1)、高清摄像头(2)、第一i.max8m处理器(3)、太阳能供电模块(4)、左摄像头(5)、右摄像头(6)、第一5ghz无线通信模块(7)和第一loro无线通讯模块(8)，所述卫星信号接收器通讯传输系统包括第二5ghz无线通信模块(9)、第二高速存储介质(10)、卫星信号接收器(11)、胶体电池供电模块(12)、第二i.max8m处理器(13)和第二loro无线通讯模块(14)。3.根据权利要求2所述的一种冰川表面运动速度快速获取装置，其特征在于：所述第一i.max8m处理器(8)电性连接有第一5ghz无线通信模块(7)、第一loro无线通讯模块(8)、太阳能供电模块(4)、第一高速存储介质(1)和高清摄像头(2)。4.根据权利要求2所述的一种冰川表面运动速度快速获取装置，其特征在于：所述高清摄像头(2)电性连接有左摄像头(5)和右摄像头(6)。5.根据权利要求2所述的一种冰川表面运动速度快速获取装置，其特征在于：所述第二i.max8m处理器(13)电性连接有第二高速存储介质(10)、卫星信号接收器(11)、胶体电池供电模块(12)、第二loro无线通讯模块(14)和第二5ghz无线通信模块(9)。6.根据权利要求2所述的一种冰川表面运动速度快速获取装置，其特征在于：所述第一5ghz无线通信模块(7)和第二5ghz无线通信模块(9)通过无线连接。7.根据权利要求2所述的一种冰川表面运动速度快速获取装置，其特征在于：所述第一loro无线通讯模块(8)与第二loro无线通讯模块(14)通过无线连接。

技术总结
本发明提供一种冰川表面运动速度快速获取方法及装置，涉及冰川运动技术领域。该冰川表面运动速度快速获取方法及装置，具体包括以下步骤：S1.视频和图像拍摄、S2.建立模型、S3.对比关键特征点、S4.识别灾害和S5.视频和图像数据缓存。本发明拟采用双目立体半全局匹配算法(SGBM)对两组不同角度拍摄的冰川图像开展冰川信息的三维重建，构建冰川区的三维点云模型数据，立体匹配的效果更好、精度更高；利用视频传感器前后时段的两帧图像数据，采用FAST加速分段测试特征算法提取冰川图像的关键特征点，利用提取的特征点，完成前后时段的三维点云数据的空间匹配，然后采用高斯牛顿法优化的三维LK光流算法提取冰川运动瞬时位移，识别可能发生的冰崩灾害。能发生的冰崩灾害。能发生的冰崩灾害。


技术研发人员：赵求东 苌亚平 上官冬辉
受保护的技术使用者：中国科学院西北生态环境资源研究院
技术研发日：2023.05.06
技术公布日：2023/8/28