ES2692368T3 - Método y sistema para determinar la velocidad y nivel de una superficie de fluido en movimiento - Google Patents

Abstract

Un método para determinar la velocidad (202b) de una superficie de fluido en movimiento (202), que comprende las siguientes etapas S1 a S5: S1) tomar una secuencia de imágenes de la superficie de fluido en movimiento mediante al menos una cámara (203, 203a, 203b); S2) comparar una primera imagen de la secuencia tomada en el instante t1 con una segunda imagen de la secuencia tomada en el instante t2 para distinguir los patrones de movimiento de la superficie de fluido de las partes sin movimiento y obtener una primera imagen procesada (im_1f) que comprenda los patrones con movimiento, en donde t2 es posterior a t1; S3) comparar una tercera imagen de la secuencia tomada en el instante t3 con una cuarta imagen de la secuencia tomada en el instante t4 para distinguir los patrones de movimiento de la superficie de fluido de las partes sin movimiento y obtener una segunda imagen procesada (im_2f) que comprenda los patrones con movimiento, en donde t3 y t4 son posteriores a t1 y en donde t4 es posterior a t3; S4) comparar la primera y la segunda imágenes procesadas para determinar los desplazamientos espaciales de los patrones de movimiento; y S5) determinar a partir de los desplazamientos espaciales la velocidad.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

DESCRIPCION

Metodo y sistema para determinar la velocidad y nivel de una superficie de fluido en movimiento

La presente invencion se refiere a un metodo y un sistema para determinar la velocidad de una superficie de fluido en movimiento por medio de al menos una camara.

Medir la velocidad de un flujo es necesario en muchas aplicaciones, por ejemplo, cuando se determina el flujo en un canal abierto. Dichas mediciones son importantes, por ejemplo, en el ambito del riego, el suministro de agua potable, la produccion de energfa hidroelectrica, el control de inundaciones, el control de embalses, los sistemas de alcantarillado, la preservacion de ecosistemas, etc. Los flujos de corriente pueden ocurrir en muchos tipos diferentes de estructuras, cursos naturales, canales artificiales, surcos, etc. Todos ellos son flujos de canal abierto, es decir, flujos que tienen una superficie libre.

Hay muchos sistemas diferentes disponibles para medir la velocidad. Los sistemas que se basan en imagenes poseen la ventaja de que no hay necesidad de instalaciones costosas y ofrecen mas flexibilidad que otros sistemas de medicion no intrusivos.

Una tecnica establecida hace tiempo para las mediciones de velocidad es la tecnica de la velocimetna de imagenes de partfculas (PIV); vease, por ejemplo, R.J. Adrian, 1991, "Particle-imaging techniques for experimental fluid mechanics". Revision anual de Mecanica de fluidos 23, 261-304. La PIV tambien es conocida desde el trabajo de Ichiro Fujita, Marian Muste y Anton Kruger (1998, "Large-scale particle image velocimetry for flow analysis in hydraulic engineering applications". Revista de investigacion hidraulica 36 (3): 397-414) por ser aplicada a flujos de superficie libre a gran escala de toboganes de agua o canales abiertos. Este matiz de la PIV se conoce por la comunidad de investigacion e ingeniena hidraulica como PIV de gran escala (LSPIV), vease, por ejemplo,

- Muste, M., I. Fujita, y A. Hauet. 2008. "Large-Scale Particle Image Velocimetry for Measurements in Riverine Environments". Investigacion de recursos hndricos 44 (4), y

- Muste, M., H.-C. Ho y D. Kim. 2011. "Considerations on Direct Stream Flow Measurements Using Video Imagery: Outlook and Research Needs". Revista de investigacion del entorno hidraulico 5 (4): 289-300.

Los ejemplos recientes de LSPIV que se aplican a los flujos de los nos se describen, por ejemplo, en

- la solicitud de patente WO 2014/013064 A1,

- Kim, Y., M. Muste, A. Hauet, W. F. Krajewski, A. Kruger, y A. Bradley. 2008. "Stream Discharge Using Mobile Large-Scale Particle Image Velocimetry: A Proof of Concept". Investigacion de Recursos Hfdricos 44 (9),

- Dramais, Guillaume, Jerome Le Coz, Benoit Camenen y Alexandre Hauet. 2011. "Advantages of a Mobile LSPIV Method for Measuring Flood Discharges and Improving Stage-discharge Curves". Revista de investigacion del entorno hidraulico 5 (4): 301-12, y

- Tsubaki, Ryota, Ichiro Fujita y Shiho Tsutsumi. 2011. "Measurement of the Flood Discharge of a Small-Sized River Using an Existing Digital Video Recording System". Revista de investigacion del entorno hidraulico 5 (4): 313-21.

- Creutin, J. D., M. Muste, A. A. Bradley, S. C. Kim, y A. Kruger. 2003. "River gauging using PIV techniques: a proof of concept experiment on the Iowa River". Revista de hidrologfa 277: 182-194, y

- Le Coz, J., A. Hauet, G. Pierrefeu, G. Dramais y B. Camenen. 2010. "Performance of image-based velocimetry (LSPIV) applied to flash-flood discharge measurements in Mediterranean rivers". Revista de hidrologfa 394: 42-52.

Todos estos metodos de PIV mencionados tienen en comun que requieren tener un marcador de flujo de algun tipo que se pueda detectar bien. Sin embargo, el uso de marcadores naturales o artificiales posee algunas complicaciones para medir de forma practica la velocidad, ya que los marcadores generalmente no estan presentes y/o no se pueden agregar de forma permanente y continua.

En el metodo descrito en el documento WO 2014/013064 A1, la velocidad de los marcadores se determina restando dos imagenes para obtener una imagen compuesta y estableciendo un umbral para suprimir las zonas sin movimiento. Esto tiene el efecto de que la informacion de los patrones de movimiento de la superficie del fluido se suprime igualmente. Ademas, dado que el desplazamiento de los marcadores se determina dentro de la misma imagen compuesta, su direccion de movimiento es indefinida.

La profundidad del agua tambien se puede estimar utilizando imagenes. En el documento WO 2014/013064 A1, se propone analizar la colorimetna de los pfxeles para determinar el nivel de agua. Sin embargo, utilizar la colorimetna de los pfxeles puede tener algunas dificultades para analizar imagenes con condiciones pobres de luz. El metodo descrito en el documento WO 2014/013064 A1 tambien necesita que al menos un objeto de referencia visual este parcialmente sumergido en el agua, lo que limita los lugares donde se puede instalar el sistema. Ademas, para la calibracion de las camaras se necesitan al menos 6 puntos de referencia que se deben

5

10

15

20

25

30

35

40

45

georreferenciar, con los cuales se obtienen los parametros externos (es dedr, la posicion y la orientacion y al menos la distancia focal del parametro interno).

La solicitud de patente WO 01/51897 A1 describe un metodo para determinar el flujo volumetrico a lo largo de un canal abierto o a lo largo de un canal cerrado parcialmente lleno. Se analizan parejas de imagenes sucesivas utilizando una operacion de correlacion cruzada.

La patente US 6 098 029 se refiere a un metodo de medicion de la altura de una superficie lfquida utilizando placas.

La solicitud de patente JP 2001 041803 A se refiere a un metodo para medir el nivel de lfquido mediante deteccion de bordes en las imagenes adquiridas.

La solicitud de patente JP 2007 223879 A se refiere a un metodo para medir el nivel de fusion de una superficie lfquida fundida.

La solicitud de patente WO 2008/110909 A2 describe un metodo para medir las descargas de flujo maximo por medio de sensores de radar.

La solicitud de patente US 2006/0126933 A1 se refiere a una deteccion de primer plano utilizando imagenes intrmsecas. No se proporciona aplicacion en el campo de la determinacion de la velocidad de una superficie de fluido en movimiento.

Un objetivo de la presente invencion es proporcionar un metodo y un sistema que permitan determinar de una manera fiable la velocidad de una superficie de fluido en movimiento sin necesidad de anadir marcadores de flujo.

Este objetivo se logra mediante el metodo y el sistema segun se definen en las reivindicaciones 1 y 13, respectivamente. Las reivindicaciones adicionales especifican formas de realizacion preferidas del dispositivo y el sistema de acuerdo con la invencion, asf como un programa informatico y un medio de datos.

La invencion se explica a continuacion por medio de formas de realizacion de ejemplo con referencia a las figuras. En los dibujos:

La Fig. 1 es un diagrama de flujo de las etapas de un metodo de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion;

La Fig. 2 muestra una vista esquematica de una primera forma de realizacion de un sistema para realizar el metodo ilustrado en la Fig. 1;

La Fig. 3 muestra una vista esquematica de una segunda forma de realizacion de un sistema para realizar el metodo ilustrado en la Fig. 1;

La Fig. 4 muestra una vista esquematica de una tercera forma de realizacion de un sistema para realizar el metodo ilustrado en la Fig. 1;

La Fig. 5 muestra una vista esquematica de la relacion entre las coordenadas mundiales y de la camara;

La Fig. 6 muestra una vista esquematica de una forma de realizacion para calibrar una camara;

La Fig. 7 muestra una vista esquematica de otra forma de realizacion para calibrar una camara;

La Fig. 8 es un diagrama de flujo de las subetapas de la etapa 500 del metodo de la Fig. 1, en donde en las

imagenes adquiridas, las partes "humedas" y "secas" de la escena se distinguen entre sf;

La Fig. 9 es un diagrama de flujo de las subetapas de la etapa 600 del metodo de la Fig. 1, en donde el nivel de agua se determina en base a las imagenes adquiridas;

La Fig. 10 es una ilustracion esquematica del metodo para determinar el nivel de agua para la forma de realizacion de la Fig. 3;

La Fig. 11 es un diagrama de flujo de las subetapas de la etapa 700 del metodo de la Fig. 1, en donde se determina la velocidad del flujo de la superficie;

La Fig. 12 es un diagrama de flujo de las subetapas de la etapa 800 del metodo de la Fig. 1, en donde se determina la descarga, y

Las Fig. 13a-13c se refieren a un ejemplo de tres imagenes, que se procesan de acuerdo con la etapa 700 del metodo de la Fig. 1.

Las siguientes formas de realizacion descritas se refieren a un metodo y un sistema para obtener el campo de velocidad de la superficie y, si es necesario, el nivel de fluido en un canal abierto por medio de una o mas camaras

digitales. Las cantidades medidas se pueden combinar con un conocimiento a priori sobre la geometna del canal para determinar, por ejemplo, la descarga u otras cantidades. Las formas de realizacion se describen con respecto al agua que fluye, pero tambien son aplicables a otros fluidos que fluyan.

Un canal abierto es un conducto con una superficie libre, es decir, el fluido que fluye en el canal tiene una superficie 5 libre (por ejemplo, un no, una corriente, un canal artificial, un surco, etc.). El flujo de la corriente o descarga, Q, se define como la velocidad volumetrica del flujo del fluido en el canal y se determina, por ejemplo, en unidades de metro cubico por segundo. Un conocimiento a priori sobre la geometna del canal puede incluir, por ejemplo, informacion sobre el perfil en la direccion del canal. La informacion puede ser, por ejemplo, la altura H sobre la superficie que define el canal en funcion de y, donde y es la distancia en la direccion transversal del canal, vease 10 la Fig. 2. En un caso simple, donde se puede considerar que el canal tiene un perfil rectangular, la informacion sobre la distancia entre las paredes laterales que limitan el canal y su profundidad puede ser suficiente. De manera similar, un canal que tenga un perfil parabolico o trapezoidal se puede parametrizar con solo unos pocos, por ejemplo, dos, parametros.

El metodo para determinar la velocidad y, si es necesario, el flujo de la corriente en un canal abierto comprende 15 las siguientes etapas, vease la Fig. 1:

- Etapa 200: Configuracion del hardware, en particular la instalacion de al menos una camara. La camara puede ser cualquier dispositivo de toma de imagenes que sea adecuado para proporcionar una secuencia de imagenes digitales. Aparte de las camaras digitales habituales, es posible utilizar telefonos moviles, tales como los telefonos moviles inteligentes o las camaras web.

20 - Etapa 300: Calibracion de la(s) camara(s).

- Etapa 400: Adquisicion de imagenes.

- Etapa 500: Procesamiento de las imagenes adquiridas para distinguir entre las partes "humedas" y "secas" de la escena.

- Etapa 600: Determinacion del nivel de agua en funcion de las imagenes adquiridas.

25 - Etapa 700: Procesamiento de imagenes para determinar la velocidad del flujo de la superficie.

- Etapa 800: Calculo del flujo de la corriente.

A continuacion, se explican las etapas 200 a 800 con mas detalle en relacion a tres configuraciones de camaras C1, C2, C3:

- Configuracion de camaras C1: utilizacion de una sola camara 203, que es fija, vease la Fig. 2,

30 - Configuracion de camaras C2: utilizacion de dos camaras 203 y 203a, que son fijas y se disponen para una

medicion estereo, vease la Fig. 3.

- Configuracion de camaras C3: utilizacion de un dispositivo movil 203b, por ejemplo, un telefono movil, sostenido por un usuario, vease la Fig. 4.

Etapa 200: Configuracion general

La Fig. 2 muestra esquematicamente un canal abierto, que esta definido por la superficie lfmite 201. El agua que 35 fluye en el canal define una lmea de agua 202a, que se determina por la interseccion de la superficie de agua 202 con la superficie lfmite 201 del canal. Como el canal esta abierto, la superficie del agua 202 tambien se indica como una superficie libre. Las flechas 202b ilustran la velocidad de la superficie del agua 202 en diferentes ubicaciones.

En la configuracion de camaras C1, una camara 203 se instala en un lugar, donde puede ver una seccion de la superficie del agua 202, que se esta moviendo, y una seccion que no se esta moviendo, tal como una pared 201a 40 que es una parte de la superficie lfmite 201 sobre la lmea de agua 200a u otro objeto no movil que este en contacto con la superficie del agua 202. La camara 203 no se necesita colocar sobre el canal abierto; se puede colocar en un lado del canal, lo que hace la instalacion particularmente simple y barata.

Las imagenes adquiridas por la camara 203 se pueden almacenar en una memoria 205, que puede ser, por ejemplo, una memoria interna de la camara 203 o un disco duro externo. La unidad 204 en la Fig. 2 es un medio 45 para transferir los datos a la memoria 205 y para alimentar la camara 203. Si la memoria 205 es externa, la unidad 204 se puede conectar a la camara 203 por medio de un cable, por ejemplo, un cable Ethernet y se puede configurar de tal manera que la energfa electrica pase a traves de este cable a la camara 203, por ejemplo, en la forma de alimentacion a traves de Ethernet (PoE).

Para procesar las imagenes almacenadas, la memoria 205 se conecta a la unidad de procesamiento 206, que 50 puede ser cualquier tipo de computadora que este configurada para realizar los calculos necesarios.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

En la configuracion C2 mostrada en la Fig. 3 dos camaras 203 y 203b se disponen de manera que, por medio del procesamiento de imagenes estereo, se pueda determinar el nivel de agua 202a sin hacer referencia a un objeto no movil 201a. Por lo tanto, las dos camaras 203, 203b se pueden disponer de manera que solo vean la superficie de agua en movimiento 202. Esta configuracion hace que el sistema sea particularmente flexible.

Las camaras 203 y 203b se pueden georreferenciar. Dependiendo de la anchura del canal, esto se logra con una configuracion mecanica temporal para los marcadores con coordenadas mundiales conocidas. Para canales mas grandes del orden de 100 m, donde la anchura puede vetar dicha configuracion mecanica de este tipo, por ejemplo, se puede emplear un dron u otro vehfculo aereo, que se pueda visualizar con una camara 203, 203b, y que pueda registrar su posicion con un DGPS preciso (Sistema de posicionamiento global diferencial).

Las camaras 203, 203b se configuran de tal manera que la velocidad se mida para el(los) campo(s) de vision disponibles. Puede o no cubrir toda la direccion transversal. En el ultimo caso, se puede ajustar un perfil de velocidad transversal para todas las observaciones de velocidad disponibles. El orden de ajuste depende de la cobertura transversal y el ajuste obedece a las condiciones de lfmite no deslizante (es decir, velocidad cero) en las paredes laterales del canal.

Las dos camaras 203 y 203a se conectan a la unidad 204a, que puede ser, por ejemplo, una caja de conexiones para transferir los datos a la memoria 205 conectada a la unidad de procesamiento 206 y para alimentar las camaras 203 y 203a. Es posible que la memoria 205 y/o la unidad de procesamiento 206 sean partes integrantes de la camara 203 y/o 203a.

En la configuracion de camaras C3 mostrada en la Fig. 4 un usuario sostiene una camara movil 203b, por ejemplo, un telefono inteligente, de manera que una seccion de la superficie del agua 202 y un objeto que no se mueva, por ejemplo, parte de la pared 201a, sean tomadas al mismo tiempo. Si se tiene que determinar la velocidad a lo largo del canal en toda la direccion transversal, la camara 203b se dispone de manera que vea al menos un borde de la superficie 202.

Preferiblemente, la disposicion de la camara optimiza el intercambio entre la vista ortogonal a la pared del canal 201a y entre la vista ortogonal a la superficie del agua 202. El valor optimo esta cerca de los 45 grados de inclinacion con respecto a la superficie del agua 200. Si es necesario, un perfil de velocidad transversal se ajusta a todas las observaciones de velocidad disponibles para obtener los datos de velocidad en toda la direccion transversal.

Etapa 300: Calibracion

Para determinar las cantidades deseadas (velocidad del flujo, descarga, etc.) se utiliza un modelo de camara que describa la relacion matematica entre las coordenadas de un punto en el espacio tridimensional ("espacio mundial") y su proyeccion sobre el plano de la imagen. Como ejemplo, la Fig. 5 muestra un punto P en el espacio 3D, que se define en el sistema de coordenadas 301 mediante coordenadas mundiales espedficas (x, y, z) y P', que es el punto P tomado por una camara en el plano de la imagen. La ubicacion de P' en el plano de la imagen se puede dar mediante dos coordenadas cartesianas ("coordenadas de la imagen") 302 (i, j). El mapeo del sistema de coordenadas 301 en el sistema de coordenadas 302 se indica mediante la flecha 303.

Para ajustar un modelo de camara a la vista de camara, se calibra una camara en la que se obtengan los parametros externos, es decir, la posicion y orientacion de la camara, y al menos un parametro interno, tal como la distancia focal. A continuacion, estos parametros externos e internos se indican como "parametros de calibracion".

Una posibilidad habitual para determinar los parametros de calibracion es proporcionar al menos 4 puntos de referencia con coordenadas mundiales conocidas y evaluar los puntos tomados por la camara. Para aplicaciones, donde la escala s del campo de vision sea grande, por ejemplo, s sea mucho mas grande que 1 m, las coordenadas mundiales de los puntos de referencia se pueden determinar, por ejemplo, mediante DGPS (Sistema de posicionamiento global diferencial).

Como puntos de referencia, por ejemplo, se pueden utilizar marcadores fijos, que se colocan en ubicaciones definidas en el canal y que se configuran para ser tomados de una manera claramente distinguible del fondo. Para este fin, se pueden utilizar uno o mas portadores que se dotan de puntos que tienen un color brillante, por ejemplo, blanco, y una forma circular o cualquier otra forma predeterminada.

A continuacion, se explican varios ejemplos de metodos de calibracion con respecto a las Fig. 2, 3, 4, 6 y 7: a) Metodo de calibracion utilizando 2 o mas puntos de referencia:

Para una o mas camaras fijas, como en la configuracion C1 y C2, se proporcionan al menos 4 puntos de referencia 382 con coordenadas mundiales conocidas, veanse las Fig. 2 y 3 y se toman con la(s) camara(s). Un modelo de camara adecuado, por ejemplo, se utiliza un modelo estenopeico para ajustar las coordenadas de los puntos de referencia en el espacio 3D a sus coordenadas en la imagen.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

En el caso de que solo haya 4 puntos de referencia 382, se tiene que conocer a priori al menos uno de los siguientes parametros: la distancia focal, la distancia vertical de la camara con respecto a los puntos de referencia 382, la distancia horizontal de la camara con respecto a los puntos de referencia 382.

En el modelo estenopeico, la apertura de la camara se considera como un punto, en donde no se utilizan lentes para enfocar la luz. La distancia focal es la distancia entre el plano de la imagen y el orificio.

De manera similar, se pueden utilizaral menos 4 puntos de referencia 382 con coordenadas mundiales conocidas para calibrar una camara movil, vease la Fig. 4. Preferiblemente, los puntos de referencia 382 y la superficie libre 202 se toman al mismo tiempo. De esta manera, los parametros de calibracion estan disponibles para las imagenes en funcion de que se tengan que determinar la velocidad, la lmea de agua, etc.

Es posible que una informacion de la ubicacion de la camara este disponible a priori. Por ejemplo, los dispositivos moviles, en particular los telefonos inteligentes, pueden tener un sensor implementado, por ejemplo, un acelerometro, que permite una medicion directa de la orientacion de la camara 203b en relacion con el vector de gravedad 322. En la Fig. 6 se representan tres ejes perpendiculares 321 que definen el marco de referencia 321 de la camara 203b. Su orientacion se define por los angulos 321a, 321b, 321c entre el vector de gravedad 322 y los ejes del marco de referencia 321. Al utilizar la informacion sobre la orientacion de la camara, el modelo de la camara no tiene que ajustar dos parametros externos. Por lo tanto, el metodo de calibracion se puede simplificar, ya que la distancia focal, o la distancia vertical u horizontal de la camara con respecto a los puntos de referencia 382 ya no se necesita conocer a priori, y un conjunto de 4 puntos de referencia 382 es completamente suficiente para calibrar el modelo estenopeico.

Los metodos de calibracion explicados hasta ahora tienen en comun que proporcionan la posicion de la camara con respecto a un marco fijo, en el que se define la geometna del canal. Los siguientes metodos proporcionan solamente la posicion de la camara con respecto a la superficie libre.

b) Metodo de calibracion sin utilizacion de puntos de referencia.

Es posible un procedimiento de calibracion utilizando un cuerpo que tenga una escala de longitud conocida y que este flotando en la superficie 202 cuando se adquieren las imagenes. Este cuerpo puede ser, por ejemplo, con forma de mancuerna: una barra de longitud definida que tiene extremos provistos de elementos flotantes, por ejemplo, esferas huecas.

Etapa 400: Adquisicion de imagenes

En la configuracion C1 y C2 se puede conectar una camara 203, 203a, por ejemplo, a un cable Ethernet. La energfa se suministra a las camaras 203, 203a a traves de PoE. Las imagenes se graban en la unidad de memoria 205 y se procesan mediante la unidad de procesamiento 206.

Para determinar, por ejemplo, el nivel del agua, no solo se analiza una imagen, sino una secuencia de imagenes. El numero de imagenes adquiridas es de al menos dos y puede ser, normalmente, hasta 100 o mas. Las camaras digitales habituales pueden tomar 30 fotogramas por segundo, por lo que la secuencia de imagenes puede durar unos segundos.

Las imagenes se pueden grabar en valores de gris. Dependiendo de la aplicacion, una camara con una resolucion de pfxeles moderada puede ser suficiente, por ejemplo. 640x480 pfxeles.

Durante la noche, la escena se puede iluminar con un proyector de infrarrojos.

Para permitir una medicion estereo en la configuracion C2, las camaras 203, 203a se disponen de manera que tomen imagenes de la misma escena. Preferiblemente, tambien se sincronizan de tal manera que tomen imagenes al mismo tiempo. Sin embargo, se puede aceptar una diferencia de tiempo de un fotograma, por ejemplo. 1/30 s, para su posterior analisis.

En la configuracion de camaras C3, las imagenes necesarias se pueden obtener grabando unos segundos de pelmula, por ejemplo, 5 s. En esta configuracion C3, la camara 203b no es fija. Los procedimientos posteriores para la determinacion del nivel de agua y las mediciones de velocidad de la superficie pueden requerir que la posicion y la orientacion de la camara de grabacion sean lo suficientemente constantes durante el tiempo de la secuencia y lo suficientemente identicas a la posicion y la orientacion de la camara durante la calibracion. Para las grabaciones de telefonos inteligentes de mano, este puede no ser el caso. El procesamiento de imagenes se puede utilizar para estabilizar la secuencia de imagenes. Un posible metodo para una estabilizacion de este tipo es el siguiente:

La camara 203b se sostiene de manera que las imagenes adquiridas contengan una parte significativa que no sea la superficie del agua 202, es decir, que contenga el paisaje de la lmea de costa seca 201a y, preferiblemente, los puntos de referencia 382 para la calibracion u otros marcadores fijos, vease las Fig. 4 o 6. En la aplicacion para

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

telefonos inteligentes que se describe a continuacion, el software se configura para guiar al usuario de manera que los cuadrantes superior e inferior de las imagenes, es decir, la region en las cuatro esquinas de la imagen, contenga solo paisajes secos. A partir de estos cuadrantes "secos", el movimiento relativo entre fotogramas individuales se mide mediante una correlacion cruzada de imagenes. La correlacion cruzada se puede facilitar mediante marcadores fijos en la lmea de costa. Preferiblemente, estos marcadores son puntos de referencia 382, que tambien se pueden utilizar para calibracion. Los vectores de movimiento resultantes permiten una deteccion y compensacion del movimiento entre fotogramas mediante el registro de imagenes (transformacion de los datos en un sistema de coordenadas) o mas simple mediante una combinacion de rotacion y translacion de imagenes. Alternativamente, y para ahorrar energfa de la CPU, solo se utilizan para el procesamiento posterior las imagenes que se encuentren aproximadamente en la misma posicion y orientacion que durante la calibracion.

Etapa 500: Distincion entre regiones de imagen "humedas" y "secas"

La Fig. 8 es un diagrama de flujo de las diferentes subetapas 501-507 de la etapa 500.

Analizar no solo una unica imagen, sino de una secuencia de imagenes permite discriminar entre la region "humeda" 202 de la imagen (es decir, con agua que fluye) y la region "seca" 20la, que ve paisajes sin movimiento (por ejemplo, la lmea de costa, las rocas, parte de un pilar de puente, etc.). Cualesquiera pfxeles que observen las partes "secas" de la escena experimentaran un pequeno cambio en sus valores de gris, mientras que las partes "humedas" estan sometidas a un cambio constante, provocado por pequenas ondas y perturbaciones de la superficie del flujo. En una camara ideal y en una situacion de iluminacion ideal, el cambio de pfxeles en la region seca sena cero. Sin embargo, en realidad, existe un nivel de ruido finito debido a la ganancia de la camara electronica no constante, debido a las situaciones cambiantes de luz (por ejemplo, cuando las nubes estan cruzando el cielo) asf como debido a las vibraciones mecanicas. El ruido electronico aumenta en situaciones oscuras, especialmente durante la noche cuando fuentes de luz adicionales como, por ejemplo, diodos infrarrojos son necesarios para que las camaras vean cualquier cosa.

Por lo tanto, despues de leer las imagenes de la memoria, etapa 501 en la Fig. 8, se filtran para obtener los datos im_f, etapa 502. El ruido se puede filtrar adecuadamente utilizando, por ejemplo, un filtro de la mediana espacial de dos dimensiones. La anchura del nucleo del filtro se elige para que sea mayor que el ruido, que puede ser del orden de 1 o mas pfxeles, y mas pequeno que los patrones advectados en la superficie 202, que puede ser del orden de 10 o mas pfxeles. Por ejemplo, un nucleo de 5 pfxeles x 5 pfxeles es posible.

Para obtener una medida escalar del cambio de cada valor de gris de pixel sobre una secuencia definida, el maximo y el mmimo se determinan para cada pixel en la etapa 503. Esto proporciona datos de imagen max(im_f) y min(im_f), respectivamente.

En la etapa 504, la diferencia entre los valores de gris maximos y mmimos para una secuencia de imagenes dada se toma para obtener los datos de imagen De_im. En el modo cuasi continuo, en el que los datos se tienen que obtener durante un penodo de tiempo mas largo, se emplean los maximos y mmimos de deslizamiento con una anchura de nucleo de una duracion de tiempo determinada. Por ejemplo, los datos se obtienen durante un penodo que puede durar una o mas horas, por lo que la anchura del nucleo puede ser de varios minutos. Una anchura de nucleo tfpica tiene, por ejemplo, un penodo de 10 minutos. Cualquier suceso extremo para un pixel se desvanecera despues de ese penodo determinado por la anchura del nucleo y se reemplaza gradualmente por su correspondiente valor promedio de deslizamiento, vease la etapa 505.

Dependiendo del tipo de escena tomada, se puede aplicar un procesamiento de imagenes adicional para filtrar los artefactos. Por ejemplo, la region seca puede tener transiciones relativamente abruptas entre areas brillantes y oscuras, por ejemplo, puede haber gradientes locales abruptos en valores de gris. Dichos gradientes se pueden aumentar por el ruido de pfxeles o las vibraciones mecanicas de la camara. Los ejemplos que pueden llevar a dichas situaciones son paredes de ladrillo, railes, arboles y otros objetos, que sean planos no completamente planos. Dichas transiciones pueden conducir a una senal no deseada en la region "seca" en las imagenes De_im, de manera que la lmea de agua no se pueda determinar correctamente. Para tratar con dichos artefactos, los datos de imagenes promedio, Av_im, se obtienen en la etapa 505 promediando la secuencia de imagenes sin filtrar, o, en modo casi continuo, determinando el promedio de deslizamiento sin filtrar sobre la secuencia de imagenes con una anchura de nucleo espedfica, que puede ser de varios minutos.

En la etapa 506, se obtiene el gradiente de Av_im, indicado por grad (Av_im) en la Fig. 8. En la etapa 507, este gradiente se resta de la "diferencia max-mm", De_im, para obtener los datos de imagenes procesadas DG_im, es decir, DG_im = De_im - grad (Av_im). La distincion entre regiones humedas y secas se mejora utilizando los datos de imagenes procesadas DG_im, ya que los artefactos mencionados anteriormente se filtran al menos parcialmente.

Etapa 600: Determinacion del nivel de agua.

La Fig. 9 es un diagrama de flujo de las diferentes subetapas 601-608 de la etapa 600.

Para la configuracion de camaras C1 o C3, el nivel de agua se puede determinar de la siguiente manera:

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Como la geometna de la lmea de costa y los parametros de calibracion son conocidos, cada nivel posible de agua en el mundo real, h, se puede asignar al espacio de la imagen, c(h), vease la etapa 601 en la Fig. 9. Para paredes de canales planas, esto da como resultado lmeas rectas a traves del espacio de las imagenes. Sin embargo, las geometnas de lmea de lmeas de costa arbitrarias se pueden mapear igualmente en curvas generales a traves del espacio de las imagenes. Para el calculo, la altura se discretiza, es decir, el calculo se realiza para un valor inicial de la altura y luego se repite con un aumento consecutivo en la altura, vease el rombo "si lmeas < lmeas de agua posibles" en la Fig. 9.

En la etapa 602, se determina la suma de los valores de gris de todos los pfxeles que pertenecen a una c(h) particular. Preferiblemente, a continuacion, se aplica un filtro, vease la etapa 603. Un filtro adecuado es, por ejemplo, un filtro Savitzky-Golay, que puede ser de segundo orden y tener una anchura de nucleo, w, correspondiente a la altura de las ondulaciones de la superficie. En un ejemplo, w es 5 mm.

La suma de los valores de gris se puede representar frente a h, lo que da como resultado una suma de relacion unidimensional (c(h)) <> h, vease la etapa 604.

En la etapa 605, se determina la derivada, d[suma(c(h))]/dh, que es negativa y extrema, donde h corresponde al nivel del agua, vease la etapa 607 que define que se debe encontrar la pendiente maxima de la suma de la funcion (c(h)). Preferiblemente antes de esta etapa 607, la suma de la senal (c(h)) asf como la derivada d[suma(d(h))]/dh se filtran con una anchura de filtro k, vease la etapa 606. Si k no es mayor que la altura de onda en la lmea de la lmea de costa, la senal relevante no se filtra y no se fuerza en ninguna direccion, es decir, se puede utilizar como un indicador robusto para la posicion de la lmea de agua.

Para la configuracion de camaras C2, se puede utilizar un enfoque diferente para determinar el nivel de agua.

Una medicion estereo puede requerir que las dos camaras observen a la misma seccion de la superficie del agua, es decir, que sus vistas se superpongan, que preferiblemente las camaras se sincronicen en el tiempo y que se pueda establecer una correspondencia espacial entre las dos vistas de las camaras, es decir, los angulos entre los dos ejes de las camaras no sean demasiado grandes, preferiblemente no mayores de 45 grados.

Una imagen A se genera aplicando un filtro espedfico. Este filtro separa la superficie con movimiento de la informacion de la imagen de la informacion de la imagen fija asociada con sombras, objetos sin movimiento y el fondo del canal. Se puede utilizar el mismo filtro que en las etapas 702, 703 descrito con mas detalle a continuacion.

La imagen filtrada A, que contiene solo la parte con movimiento de la superficie, se proyecta en varios planos horizontales 202, 202', 202'', cada uno de los cuales representa niveles posibles de agua. Cada proyeccion se

compara con su proyeccion correspondiente de la imagen B que es la imagen filtrada de la segunda camara. Esto se ilustra en la Fig. 10 de una manera simplificada con una escena que contiene solo dos caractensticas, una caractenstica "completa" F1 y una caractenstica "vada" F2. Las proyecciones de cada funcion se solapan solo

para la proyeccion con la altura correcta, h. En la Fig. 10 las caractensticas F1 y F2 segun se ven en la imagen A se representan mediante drculos rellenos y vados, F1a y F2a, respectivamente. Las mismas caractensticas en la

imagen B se representan mediante cuadrados rellenos y vados, F1b y F2b, respectivamente. Segun se puede ver, al proyectar F1a, F2a, F1b, F2b en un plano que tiene una altura incorrecta, por ejemplo, los planos 202', 202'', la proyeccion de F1a esta separada de F1b y la proyeccion de F2a esta separada de F2b. Se determina una superposicion de F1a y F1b, asf como de F2a y F2b, cuando se proyectan en el plano 202 que tiene la altura correcta.

Para cuantificar la calidad de la superposicion en general, se puede medir la correlacion entre todos los valores de

grises proyectados de la imagen A con sus correspondientes proyecciones de la imagen B. Por lo tanto, la comparacion entre las proyecciones en el plano horizontal con la altura correcta produce una correlacion maxima y una diferencia de valores de gris media minima entre los pfxeles correspondientes. Estos puntos extremos identifican de este modo el nivel de agua correcto.

Para reducir el tiempo necesario de procesamiento de la computadora, este enfoque se puede modificar trabajando

solo en un subconjunto de pfxeles. Desde la imagen A se proyecta un subconjunto en un posible plano horizontal, y desde este plano se proyecta el conjunto en el chip de imagen virtual de la otra camara. De nuevo, la correlacion

en las posiciones del subconjunto proyectado de A con los pfxeles de B es maxima para la altura correcta del plano horizontal. De forma equivalente, la diferencia de los dos conjuntos de puntos es minima. Trabajar con un subconjunto de pfxeles reduce el tiempo de procesamiento en la proporcion de los tamanos entre el subconjunto de la imagen y la imagen completa.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Etapa 700: Campo de velocidad de la superficie

La Fig. 11 es un diagrama de flujo de las diferentes subetapas 701-705 de la etapa 700.

El metodo segun se explica a continuacion permite que se mida el campo de velocidad de la superficie. Este metodo tambien se designara como velocimetna por imagenes delta filtradas (FDIV).

Si el fondo del canal es visible a traves de la fase de agua, si las sombras o los reflejos del paisaje son visibles en la superficie del agua y/o si los objetos sin movimiento, como las olas estacionarias o las rocas solidas o los pilares de puentes, "contaminan" la escena de la imagen, la PIV estandar no funciona, ya que medina algun valor entre cero y la velocidad de la superficie real.

La FDIV es capaz de separar de forma robusta los contenidos de imagenes con movimiento de los contenidos de imagenes fijas. La funcionalidad de la FDIV no requiere la adicion de marcadores de flujo.

La secuencia de imagenes tomada por una camara se agrupa en tripletes de imagenes, conteniendo cada uno una primera imagen A, una segunda imagen B y una tercera imagen C, vease la etapa 701.

Por ejemplo, en el instante t_1 se adquiere una imagen I_1, en un instante posterior t_2 una imagen I_2, en un instante posterior t_3 una imagen I_3, etc. Esto da una serie de imagenes I_1, I_2, l_3, etc. El primer triplete puede estar formado, por ejemplo, por (I_1, I_2, I_3), el segundo triplete por (I_2, I_3, I_4), el tercer triplete por (I_3, I_4, I_5), etc. Sin embargo, es posible que los tripletes se formen de una manera diferente: Por ejemplo, ninguna de las imagenes de un triplete puede estar contenida en el siguiente triplete, por ejemplo, (I_1, I_2, I_3), (I_4, I_5, I_6) y/o puede haber espacios dentro de un triplete, por ejemplo, (I_1, I_3, I_5). Cada triplete proporcionara datos sobre el campo de velocidad durante un instante de tiempo. En general, un triplete se forma por (I_i, I_j, I_k), en donde i < j < k.

A continuacion se explica el procesamiento de un triplete (A, B, C).

En la etapa 702, la diferencia absoluta entre A y B y la diferencia absoluta entre B y C se forman determinando im_1 e im_2, respectivamente.

En la etapa 703, im_1 e im_2 se filtran para producir im_1f e im_2f. Un nucleo gaussiano espacial se puede, por ejemplo, utilizar como filtro. La anchura del filtro se elige lo suficientemente grande con el fin de eliminar el ruido de la diferencia de en im_1 e im_2 y para distribuir o difuminar las caractensticas pequenas en sus proximidades respectivas desde im_1f a im_2f. Por otro lado, la anchura del filtro se elige lo suficientemente pequena para no eliminar completamente la senal de movimiento en im_1f e im_2f. El lfmite superior para la anchura del filtro puede corresponder al tamano mmimo de la subventana que se define para la siguiente etapa de procesamiento 704. Para detectar el desplazamiento del movimiento de la escala d en unidades de pfxeles, la escala de la subventana s en unidades de pfxeles se elige de modo que sea al menos dos veces d o mas grande: s > 2d.

En la etapa 704, se determina el cambio espacial de los patrones de im_1f a im_2f.

Las imagenes im_1f y im_2f se dividen en subventanas con tamano n x m ("ventana de interrogacion"). Basicamente, una subventana de im_1f se compara con la subventana de im_2f para encontrar un desplazamiento que determine la mejor coincidencia entre las dos subventanas. El grado de coincidencia se puede determinar por medio de la funcion de correlacion cruzada de im 1f e im 2f:

R(x,y) = II im_lf(k, I) x im_2f(k + x,l 4- y)

l< 1

Para calcular la funcion de correlacion cruzada, los datos de la imagen se convierten al dominio espectral, es decir, espacio de Fourier utilizando, por ejemplo, una transformada rapida de Fourier.

La transformada de Fourier de im_1f se multiplica por la transformada conjugada de Fourier de im_2f y a continuacion se aplica la transformada inversa de Fourier. Esto determina para cada subventana una funcion similar a un impulso para R(x, y). La ubicacion del impulso con respecto al centro de una subventana se relaciona con el desplazamiento relativo de pfxeles entre las subventanas de im_1f y im_2f. Los vectores de desplazamiento obtenidos en posiciones discretas finalmente se mapean desde el espacio de los pfxeles al espacio mundial empleando un modelo de camara que se obtiene con uno de los metodos de calibracion descritos anteriormente.

Alternativamente, im_1f y im_2f se pueden registrar primero en el espacio mundial, es decir, las coordenadas de la imagen se convierten en coordenadas mundiales. Posteriormente, el maximo de la funcion de correlacion cruzada para cada subventana y la velocidad de la superficie correspondiente se determinan de una manera analoga a como se explico anteriormente. Este ultimo matiz permite elegir relaciones de aspecto mas flexibles para las subventanas de tamano n * m, ya que ahora los lados de la subventana se pueden elegir exactamente paralelos

y ortogonales a la direccion del flujo. Por otro lado, el registro de imagenes en el espacio mundial es mas costoso para la CPU que solo mapear los vectores de velocidad del espacio de pfxeles al espacio mundial.

Las Fig. 13a-13c muestran un ejemplo de las imagenes procesadas por la etapa 700 para determinar la velocidad de la superficie. Las tres imagenes A, B, C en la Fig. 13a muestran parte de un no y de una lmea de costa en tres 5 instantes de tiempo consecutivos. La Fig. 13b son las dos imagenes im_1f e im_2f obtenidas despues de aplicar las etapas 702 y 703. El procesamiento de estas dos imagenes de acuerdo con las etapas 704 y 705 determina la velocidad de la superficie en diferentes ubicaciones en el no, segun se muestra en la Fig. 13c.

En un metodo alternativo de las etapas 701 y 702, se toma un grupo de cuatro imagenes diferentes de la secuencia de imagenes para determinar la diferencia: im_1 = |A-B_1| y im_2 = |B_2-C|, donde B_2 es una imagen adquirida 10 despues de que se hayan adquirido la imagen A y, preferiblemente, tambien B _1.

Etapa 800: Calculo del flujo de la corriente a partir del nivel del agua y la velocidad de la superficie

La Fig. 12 es un diagrama de flujo de las diferentes subetapas 801-805 de la etapa 800.

Para determinar la descarga Q, se necesita informacion sobre el perfil de velocidad a lo largo de la direccion vertical. Dicha informacion se puede obtener utilizando un modelo, por ejemplo, un modelo de longitud de mezcla dependiente de la rugosidad segun lo sugiere R. Absi, "A roughness and time dependent mixing length equation", 15 Revista de hidraulica, Ingeniena medioambiental y de costas, Sociedad Japonesa de Ingenieros Civiles, vol. 62, 2006, paginas 437-446. En este modelo, el perfil de velocidad a lo largo del perfil vertical se estima integrando un llamado modelo de longitud de mezcla dependiente de la rugosidad desde el fondo del canal todo el camino hasta la superficie del agua. La longitud de mezcla y la energfa cinetica se modelan como funciones de la altura sobre la parte inferior y definen la pendiente local del perfil de velocidad. La pendiente inicial en el fondo del canal, es decir, 20 la condicion de lfmite inferior, es una funcion de la llamada velocidad de rugosidad y de la altura de rugosidad inferior. Para alcanzar la superficie del agua, es decir, para satisfacer la condicion de lfmite superior, la integracion se itera para encontrar la velocidad de rugosidad correcta.

El campo del nivel del agua y de la velocidad de la superficie se combinan con el modelo para obtener perfiles de velocidad vertical y, sucesivamente, los valores de descarga Q buscados.

25 La direccion transversal, y, del flujo de la superficie abierta se divide en n segmentos, etapa 801 en la Fig. 12.

En la etapa 802, para cada segmento, el perfil de velocidad vertical se modela con las condiciones lfmite de la velocidad de la superficie libre v(y) medida (etapa 705'), la condicion de no deslizamiento en la parte inferior (es decir, velocidad cero) y la altura de rugosidad inferior. El promedio de cada perfil de velocidad da como resultado una velocidad masiva vb_(y) en la etapa 803 que, multiplicada con su correspondiente area de seccion transversal 30 del segmento, produce la descarga Q_s para cada segmento transversal, etapa 804. La suma de todos los Q_s finalmente es la descarga Q, etapa 805.

La altura de la rugosidad del fondo afecta tanto al nivel del agua como a la velocidad de la superficie de un flujo de superficie abierta. El presente metodo permite medir ambas de estas cantidades de forma independiente. Para las secciones de corrientes con un cambio lo suficientemente pequeno en la direccion de la corriente, la rugosidad de 35 la superficie del fondo tambien se puede determinar mediante el presente metodo, en lugar de utilizarse "solo" para la determinacion de la descarga resultante.

En las siguientes aplicaciones espedficas del metodo se describen con mas detalle:

Camara(s) fija(s), y camara(s)(-web) con capacidad de rotacion horizontal, rotacion vertical y zoom:

En una aplicacion, tres camaras web montadas de forma fija midieron el nivel del agua y el campo de velocidad de la superficie en todo el no a intervalos casi continuos de 2 segundos. A intervalos regulares de 10 minutos, la 40 informacion se ha combinado para estimar la descarga. Se utilizaron tres camaras para resolver mejor la anchura del canal y la pared del canal. Alternativamente, se puede utilizar solo una camara, que tenga un campo de vision mas grande y/o que pueda controlar la rotacion horizontal, la rotacion vertical y el zoom.

Utilizando por ejemplo un proyector de infrarrojos de 70 vatios para iluminacion, el metodo tambien funciono durante la noche. Por lo tanto, el metodo se puede configurar para una utilizacion durante todo el ano, es decir, 24 45 horas x 7 dfas, para determinar la velocidad de la superficie y la descarga de flujos de superficies libres. La adicion de marcadores de flujo no fue necesaria y no se requirieron construcciones particulares para el montaje de las camaras sobre el no. Basta con que las camaras se monten en el lado del no y que puedan "ver" la superficie del agua y la lmea de costa.

Para mayor flexibilidad en lugar de camaras web dispuestas sin movimiento, las camaras se pueden utilizar con 50 posiciones controlables de panoramica, inclinacion y zoom. Siempre que cada posicion se pueda guardar y alcanzar de nuevo de forma fiable, la calibracion se puede realizar para cada posicion y de aqrn en adelante, el metodo es el mismo que el metodo de camara fija descrito anteriormente.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Sin embargo, el numero de camaras se puede reducir a solamente una unica camara.

Camaras(-web) fijas estereo y camaras(-web) con capacidad de rotacion horizontal, rotacion vertical y zoom

Con el metodo descrito anteriormente para la medicion estereo, vease la Fig. 3, se puede alinear una pareja de camaras para ver una seccion comun de la superficie abierta para determinar directamente el nivel de agua sin la necesidad de ver la lmea de costa.

Con camaras que permitan controlar las posiciones de panoramica, inclinacion y zoom, es posible escanear sucesivamente la totalidad de la anchura del flujo de la superficie. Por lo tanto, es posible medir con solo 2 camaras el nivel de agua y la velocidad de la superficie de la totalidad del flujo de superficie, lo que permite determinar la descarga independientemente de la visibilidad de la lmea de costa.

Implementacion con telefonos inteligentes

Los metodos anteriores, preferiblemente combinados con una forma adecuada tanto de estabilizar imagenes como de identificar aquellos tripletes de imagenes que sean relativamente estables, se pueden implementar con una aplicacion de telefono inteligente. La calibracion se debe realizar cada vez, pero por otro lado, la calibracion tambien se simplifica gracias a la utilizacion del sensor acelerometro que es estandar incluso en los telefonos inteligentes mas economicos. Ademas, a traves del GPS, tambien estandar en todos los telefonos inteligentes, la ubicacion de la medicion se determina automaticamente y, por lo tanto, es sencillo utilizar la misma aplicacion para cualquier numero de ubicaciones de medicion.

Para la calibracion, cada sitio de medicion del canal estara equipado con n marcadores de escala fijos, que pueden ser del orden de 1 cm o mas. Las posiciones de los marcadores entre sf y en relacion con la geometna del canal se deben medir una vez. Tambien la geometna del canal se debe medir una vez. El programa de computadora para el dispositivo movil ("aplicacion") se disena para guiar al usuario hacia una posicion aproximada con respecto al canal y a las marcas de calibracion para la calibracion. La grabacion real se produce durante un penodo de tiempo que es del orden de 1 segundo o mas. Esto es suficiente para determinar el nivel del agua y la velocidad de la superficie del agua, a partir de la cual se puede determinar la descarga.

El metodo y el sistema descritos hasta ahora tienen varias ventajas:

- La medicion no requiere la adicion de marcadores de caudal ni la presencia de estructuras permanentes en el fluido. La medicion tambien es posible en condiciones donde las sombras sin movimiento, los reflejos, las ondas estacionarias o los objetos solidos sean una parte importante de la imagen.

- Es suficiente adquirir imagenes monocromaticas, por ejemplo, imagenes en escala de grises. Dichas imagenes son mas adecuadas para condiciones diffciles de luz que las imagenes en color.

- La medicion es posible incluso durante la noche utilizando, por ejemplo, un proyector de infrarrojos.

- La determinacion del nivel de agua es funcion de la separacion de partes humedas y secas de la imagen mediante el analisis de una secuencia de imagenes en lugar de una sola imagen.

- La calibracion utiliza un mmimo de 4 puntos de referencia en el caso de una camara movil con una distancia focal fija; y, si el angulo de vision de la camara con respecto al plano horizontal esta disponible, solo se necesitan 2 puntos.

- La medicion se puede hacer tambien por medio de una camara movil, por ejemplo, una camara en un telefono movil.

- El metodo y el sistema se pueden aplicar en areas ambientales, hidraulicas, hidrologicas y otras areas.

A partir de la descripcion anterior, estan disponibles muchas modificaciones para el experto sin apartarse del alcance de la invencion, que se define en las reivindicaciones.

El metodo para determinar la velocidad de una superficie de agua en movimiento se puede aplicar para cualquier tipo de fluido, no solo agua.

Dependiendo de la aplicacion, el metodo se puede realizar sin las etapas para determinar el nivel de fluido y/o la descarga.

La iluminacion por medio de un dispositivo de iluminacion, por ejemplo, un proyector de infrarrojos generalmente es posible en los casos en los que la luz ambiental sea insuficiente, por ejemplo, tambien en un entorno cerrado como un sistema de alcantarillado.

Claims (17)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   REIVINDICACIONES

   1. Un metodo para determinar la velocidad (202b) de una superficie de fluido en movimiento (202), que comprende las siguientes etapas S1 a S5:

   51) tomar una secuencia de imagenes de la superficie de fluido en movimiento mediante al menos una camara (203, 203a, 203b);

   52) comparar una primera imagen de la secuencia tomada en el instante t1 con una segunda imagen de la secuencia tomada en el instante t2 para distinguir los patrones de movimiento de la superficie de fluido de las partes sin movimiento y obtener una primera imagen procesada (im_1f) que comprenda los patrones con movimiento, en donde t2 es posterior a t1;

   53) comparar una tercera imagen de la secuencia tomada en el instante t3 con una cuarta imagen de la secuencia tomada en el instante t4 para distinguir los patrones de movimiento de la superficie de fluido de las partes sin movimiento y obtener una segunda imagen procesada (im_2f) que comprenda los patrones con movimiento, en donde t3 y t4 son posteriores a t1 y en donde t4 es posterior a t3;

   54) comparar la primera y la segunda imagenes procesadas para determinar los desplazamientos espaciales de los patrones de movimiento; y

   55) determinar a partir de los desplazamientos espaciales la velocidad.
2. 2. El metodo de la reivindicacion 1, en donde, para obtener la primera imagen procesada (im_1f) y/o la segunda imagen procesada (im_2f) en la etapa S2 y/o S3, se realiza al menos una de las siguientes etapas:

   - la segunda imagen se utiliza como la tercera imagen, de manera que t2 corresponde a t3,

   - las imagenes primera, segunda, tercera y cuarta se proporcionan como imagenes monocromaticas,

   - la diferencia absoluta entre la primera imagen y la segunda imagen se construye y se filtra preferiblemente aplicando un filtro pasabanda, en particular un filtro gaussiano;

   - la diferencia absoluta entre la tercera imagen y la cuarta imagen se construye y se filtra preferiblemente aplicando un filtro pasabanda, en particular un filtro gaussiano.
3. 3. El metodo de la reivindicacion 1 o 2, en donde en la etapa S4 los desplazamientos espaciales se determinan evaluando una correlacion cruzada entre subventanas de las imagenes procesadas primera y segunda (im_1f, im_2f).
4. 4. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el fluido fluye a traves de un canal abierto (201), comprendiendo el metodo ademas al menos una de las siguientes etapas:

   - determinar el perfil transversal de la velocidad en sentido de la corriente (v(y)),

   - determinar el nivel de la superficie de fluido (202),

   - determinar la descarga (Q) del fluido a traves del canal.
5. 5. El metodo de la reivindicacion 4, que comprende ademas las siguientes etapas (500, 600) para determinar el nivel de la superficie de fluido (202):

   - comparar al menos dos imagenes de la secuencia tomada en diferentes instantes para obtener una imagen comparativa (DG_im) que distinga las partes mojadas tomadas de las partes no mojadas tomadas,

   - mapear un lfmite de una posible transicion de las partes mojadas a las partes no mojadas definido en coordenadas mundiales (x, y, z) a diferentes alturas a las coordenadas de la imagen (i, j) de la al menos una camara (203, 203b) por medio de un modelo de camara (303) para obtener lfmites mapeados,

   - comparar los lfmites mapeados con el lfmite tomado en la imagen comparativa (DG_im) que define la transicion desde las partes mojadas a las partes no mojadas, y

   - determinar fuera de los lfmites mapeados el lfmite que mejor se ajusta al lfmite tomado.
6. 6. El metodo de la reivindicacion 5, en donde al menos se realiza una de las siguientes etapas:

   - determinar los valores extremos (max(im_f), min(im_f)) de los pfxeles correspondientes en al menos dos imagenes o en al menos dos imagenes procesadas (im_1f, im_2f) obtenidas en las etapas S2 y S3 y construir la

   diferencia entre los valores extremos para obtener una imagen de diferencias (De__im), que comprenda pfxeles

   que tienen un valor por encima de un umbral dado que define una parte mojada y pfxeles que tienen un valor por debajo del umbral que define una parte no mojada,

   5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   - construir el gradiente del promedio sobre las al menos dos imagenes (grad (Av_im)) y restarlo de la imagen de diferencias (De_im),

   - determinar (607) la pendiente maxima de la funcion, que viene dada por las sumas construidas al sumar los valores de los pfxeles que definen un Umite mapeado.
7. 7. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 4, en donde, para determinar el nivel de la superficie de fluido (202), una primera camara (203) y al menos una segunda camara (203a) se utilizan para tomar al menos una seccion de la superficie de fluido en el canal abierto (201) mediante medicion estereo, en donde las etapas S1 y S2 se llevan

   a cabo para al menos dos camaras (203, 203a) para obtener una imagen procesada (A) para la primera camara y

   una Imagen (B) para la segunda camara, comprendiendo las imagenes procesadas patrones de movimiento de la superficie de fluido (202), en donde al menos parte de las imagenes procesadas se proyectan en un plano a diferentes alturas para obtener imagenes proyectadas, comparando las imagenes proyectadas para encontrar el plano para el cual la imagen proyectada de la primera camara se ajusta mejor con la imagen proyectada de la segunda camara.
8. 8. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en donde la variacion de la velocidad del fluido en la direccion vertical se modela utilizando un modelo matematico, el metodo comprende ademas al menos una de las siguientes etapas:

   - determinar la descarga (Q) en base al modelo matematico con la velocidad determinada en la etapa S5 como condicion lfmite y en base a la informacion obtenida para el nivel de la superficie de fluido,

   - determinar al menos un parametro relacionado con la rugosidad hidrodinamica del canal por medio del modelo matematico, la informacion sobre la velocidad determinada en la etapa S5 y la informacion obtenida para el nivel de la superficie de fluido.
9. 9. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde se establece una relacion entre las coordenadas mundiales y las coordenadas de la imagen por medio de al menos una de las siguientes etapas:

   - al menos dos marcadores de referencia (382) con una distancia determinada entre los mismos se toman por la al menos una camara (203, 203a, 203b), estando dispuestos los al menos dos marcadores de referencia en el canal por encima de la superficie de fluido o estando dispuestos de manera flotante en la superficie de fluido,

   - se utiliza la informacion proporcionada por un sensor que mide la orientacion de la al menos una camara (203b),

   - se utiliza la informacion proporcionada por un receptor GPS que mide la ubicacion de la al menos una camara (203b).
10. 10. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde en la etapa S1 se utiliza al menos uno de los siguientes elementos:

    - al menos una camara (203, 203a), que se dispone de forma fija o de forma movil sobre una superficie fija,

    - un dispositivo movil (203b), en particular un telefono movil, sostenido por un usuario.
11. 11. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 10, en donde los marcadores de correccion fijados junto con el fluido se toman mediante un dispositivo movil (203b) en la etapa S1, en donde, para reducir el efecto de un movimiento del dispositivo movil durante la toma de imagenes, las posiciones de los marcadores de correccion tomados se comparan para transformar las imagenes utilizadas para las siguientes etapas S2 a S4, de manera que se reduzca el desplazamiento espacial de los marcadores de correccion tomados y/o para ignorar en las siguientes etapas S2 a S4, aquellas imagenes para las que el desplazamiento espacial de los marcadores de correccion tomados este por encima de un umbral determinado.
12. 12. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde en la etapa S1 el fluido se ilumina por medio de un dispositivo de iluminacion, en particular un proyector de infrarrojos.
13. 13. Un sistema que comprende al menos un dispositivo de toma de imagenes (203, 203a, 203b) para tomar una secuencia de imagenes y un dispositivo informatico que comprende una memoria (205) y una unidad de procesamiento (206), caracterizado por que el dispositivo informatico se equipa con un programa informatico, en cuyo funcionamiento se puede llevar a cabo el metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.
14. 14. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 13, que comprende un dispositivo movil (203b), en particular un telefono celular o una tableta, el dispositivo movil comprende al menos uno de los siguientes componentes:

    - una camara incorporada;

    - un receptor GPS para determinar la ubicacion del dispositivo movil;

    - un sensor para determinar la orientacion (321) del dispositivo movil;

    - un acelerometro;

    - el programa informatico, que es preferiblemente en forma de una aplicacion.

    5 15. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 13 o 14, en donde la direccion y/o el zoom de al menos un

    dispositivo de toma de imagenes se puede controlar, preferiblemente el al menos un dispositivo de toma de imagenes es una camara con capacidades de movimiento horizontal, vertical y zoom.
15. 16. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15, que ademas comprende un cuerpo de calibracion, que comprende una escala de longitud predeterminada y se configura para flotar en la superficie

    10 del fluido, preferiblemente el cuerpo de calibracion tiene la forma de una mancuerna.
16. 17. Un programa informatico, en donde durante el funcionamiento del mismo en un ordenador, se lleva a cabo el metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.
17. 18. Un medio de datos en el que se almacena el programa informatico de acuerdo con la reivindicacion 17.