能見度測量系統及方法技術方案

本發明專利技術提供一種能見度測量系統及方法。該能見度測量系統包括：數字云臺，其用于承載數字攝像單元；數字攝像單元，其用于拍攝選定的位于不同位置的目標物并將所拍攝的目標物圖像輸出到圖像處理單元；圖像處理單元，其對由上述數字攝像單元的拍攝而得到的目標物圖像使用目標定位算法來精確定位目標物，提取該目標物的亮度值并輸出到能見度計算單元；能見度計算單元，其根據由上述圖像處理單元提取的上述目標物的亮度值，使用雙亮度差對比公式，計算能見度值，并且求出上述目標物各方向能見度值的算術平均值作為當前能見度；控制單元，其用于控制上述數字云臺和上述數字攝像單元。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及能見度測量
，特別涉及一種基于高精度數字攝像機和數字云臺的全自動仿人工能見度測量系統和魯棒的自動能見度檢測方法。
技術介紹
能見度是一個對航空、航海、陸上交通以及軍事活動等都有重要影響的氣象要素。 特別是近年來，許多領域對能見度日常觀測的需求變得日益強烈，如高速公路的關閉、車輛的限速、飛機的起降等等。可以說，能見度的實時觀測和預報已經成為現實生活中不可缺少的重要內容。探測大氣能見度最常用的有兩種方法，即目測法與器測法，至今國內外對能見度的觀測大都還是以人工目測為主，規范性和客觀性較差，特別是對多地區不同行業的能見度測量需求，實行的可行度較低。在能見度儀器測量方面，采用的設備主要有大氣透射儀、散射儀和激光能見度自動測量儀，另外還有數字攝像法能見度測量儀。為了能更好的測量能見度值并能廣泛推廣，改進能見度器測技術仍是一個具有重要意義的研究課題。目前器測能見度值的技術主要有以下幾種(1)大氣透射儀通過測量一段空氣柱的消光系數或透過率來計算能見度值。望遠光度計通過計算地平附近一個已知距離目標物和其附近水平天空背景的視亮度對比方法直接獲得大氣消光系數，但需要額外的機電裝置以實現。自動測量透射儀在霧滴引起的中低能見度條件下測量結果較為準確，常被用于民航系統，但在有降水(如雨、雪等)或漂塵(如揚沙等)現象發生時，透射儀自身光源引起的前向散射光的影響不容忽視；(2)前向散射儀測量一個小體積空氣對光的散射，從而反推出能見度值。前向散射儀因其體積小、 安裝簡單、容易維護、測量范圍廣等特點，在航空、碼頭、高速公路等部門得到了廣泛應用， 但在不同類型氣溶膠條件下前向散射儀需要不同的修正，且非常小的采樣體積的代表性也是需要考慮的問題；(3)激光能見度自動測量儀通過激光測量大氣消光系數的方法來推測能見度，相對而言較為客觀和準確，但這種方法的使用目前還僅限于少數研究部門。這是因為，激光雷達不僅成本昂貴、維護費用高、操作復雜，而且，在雨天、霧天也難以進行正常觀測；(4)數字攝像法能見度測量儀數字攝像法能見度測量儀是通過數字攝像機直接攝取選定目標物的圖像，送入計算機進行分析處理后，自動獲取能見度值。它完全是仿照人工目測能見度的原理，根據能見度的定義研制的，是取代人工觀測能見度的最佳儀器。數字攝像法測量能見度系統的基本方法與步驟比較明確，但復雜環境下氣候條件與地理條件及不同時段造成的能見度測量的局限性比較大，有必要進一步研究圖像測量能見度的新算法，更準確、魯棒的測量能見度值?？傊?，上述測量氣象能見度的儀器雖然各有自己的優點，但也都存在著各自固有的原理上或方法上的局限性或重要缺陷，迄今還沒有一種儀器的測量結果可以作為氣象能見度觀測比對的標準。所以研究氣象能見度新的測量原理、方法和技術，提高測量的定量化和自動化水平，仍是當前環境監測和大氣遙感領域的一種迫切需求。
技術實現思路
本專利技術是為了解決現有技術中的上述問題而提出的，其目的在于提供一種能見度測量系統及其方法，在多氣象環境下，通過使用雙目標亮度對比能見度測量算法來抵消亮度的影響，并通過多個方向目標物的整體分析降低亮度對能見度測量精度的影響，從而實現完全仿照人工目測能見度原理的準確的能見度測量。本專利技術的能見度測量系統包括數字云臺，其用于承載數字攝像單元，數字攝像單元，其用于拍攝選定的位于不同位置的目標物并將所拍攝的目標物圖像輸出到圖像處理單元；圖像處理單元，其對由上述數字攝像單元的拍攝而得到的目標物圖像使用目標定位算法來精確定位目標物，提取該目標物的亮度值并輸出到能見度計算單元；能見度計算單元， 其根據由上述圖像處理單元提取的上述目標物圖像的亮度值，使用雙亮度差對比公式，計算能見度值，并且求出上述目標物各方向能見度值的算術平均值作為當前能見度；控制單元，其用于控制上述數字云臺和上述數字攝像單元。本專利技術的能見度測量方法包括以下步驟獲取目標物圖像的步驟，由上述數字攝像單元拍攝選定的目標物，并將所拍攝的目標物圖像輸入到所述圖像處理單元；目標物亮度值計算的步驟，使用目標定位算法來精確定位上述目標物圖像的目標物并提取該目標物的亮度值；能見度值計算的步驟，通過雙目標雙亮度差對比算法計算上述目標物的各方向能見度值，并求出該各方向能見度值的算術平均值作為當前能見度值。在本專利技術中，由于采取的雙目標亮度對比能見度測量算法，故可抵消亮度的影響， 提高能見度的精度。在本專利技術中，使用360度多方向目標物能見度平均值，大大降低了單側光照對能見度測量的影響，使能見度值能為精確。附圖說明圖1本專利技術所涉及的能見度測量系統的結構圖；圖2本專利技術所涉及的恒溫密封攝像機箱體結構圖；圖3本專利技術所涉及的能見度檢測方法的處理流程圖。附圖標記10 數字云臺；20 數字攝像單元；21 恒溫攝像機罩；22 數字攝像機；23 控制電路；24 溫濕度傳感器；25 加熱器；26 半導體制冷片；30 圖像處理單元；40 能見度計算單元；50 控制單元。具體實施例方式下面，結合附圖詳細說明本專利技術的實施例。如圖1所示，利用數字攝像法的能見度測量系統包括數字云臺10、設置在數字云臺上的數字攝像單元20、圖像處理單元30、能見度計算單元40以及控制單元50而構成。 數字云臺10承載數字攝像單元20，控制單元50根據事先設定或遠程接收的策略控制數字云臺10的巡航，并且移動數字云臺10使數字拍攝單元20對準不同的目標物，以此減小光照對能見度計算的影響。數字云臺10的位置分辯率垂直方向0.01°，水平方向 0.02°，能夠旋轉360度，并且能夠進行位移和速度的精確控制。能見度測量系統開始測量工作之后，數字云臺10轉動到預先設定的位置，使目標移動到攝像機畫面中的某個指定區域，停止后獲取指定圖片的大致區域。數字攝像單元20由恒溫攝像機罩21和設置在該恒溫攝像機罩21內的數字攝像機22構成。如圖2所示，上述恒溫攝像機罩21包括控制電路23、溫濕度傳感器M、加熱器 25和半導體制冷片26。恒溫攝像機罩21采用多層密封絕熱結構，通過設置在該恒溫攝像機罩21內的溫度濕度傳感器M、加熱器25和半導體制冷片沈和控制電路23，保證溫度在數字攝像機22的精度工作范圍內，以此保證數字攝像機22工作狀態穩定，提高系統魯棒性。 數字攝像機22，采用高清CCD相機，能夠采集12位數字高清圖片，以保證能見度測量的精度要求。在本專利技術中，數字攝像單元20對人工黑體目標或樹木、高樓、電線桿等自然目標物等多個目標物進行測量，并且對每個目標物以不同的角度拍攝多張圖像。數字攝像單元20將所拍攝的圖像輸出到圖像處理單元30中。圖像處理單元30對所獲取的圖像使用目標定位算法來精確定位目標。具體而言， 首先，通過平方誤差來衡量圖像中塊和模板塊之間的差別，找出最相似目標的點的位置。其次，通過計算目標物圖像與模板圖像的互相關函數系數來確定能夠參與能見度計算的目標物圖像。接著，提取目標物圖像的亮度。圖像處理單元30將目標物圖像的亮度輸出至能見度計算單元40。能見度計算單元40利用由圖像處理單元30提取的目標物圖像的亮度值、各目標物至攝像機的距離、目標物的天空亮度(或目標物的背景亮度)，使用雙亮度差對比公式， 計算目標物的各方向的能見度值并求出其算術平均值作為當前能見度值?？刂茊卧?0負責控制本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種能見度測量系統，其包括：數字云臺，其用于承載數字攝像單元，數字攝像單元，其用于拍攝選定的位于不同位置的目標物并將所拍攝的目標物圖像輸出到圖像處理單元；圖像處理單元，其對由上述數字攝像單元的拍攝而得到的目標物圖像使用目標定位算法來精確定位目標物，提取該目標物的亮度值并輸出到能見度計算單元；能見度計算單元，其根據由上述圖像處理單元提取的上述目標物圖像的亮度值，使用雙亮度差對比公式，計算能見度值，并且求出上述目標物各方向能見度值的算術平均值作為當前能見度；控制單元，其用于控制上述數字云臺和上述數字攝像單元。

【技術特征摘要】
1.一種能見度測量系統，其包括 數字云臺，其用于承載數字攝像單元，數字攝像單元，其用于拍攝選定的位于不同位置的目標物并將所拍攝的目標物圖像輸出到圖像處理單元；圖像處理單元，其對由上述數字攝像單元的拍攝而得到的目標物圖像使用目標定位算法來精確定位目標物，提取該目標物的亮度值并輸出到能見度計算單元；能見度計算單元，其根據由上述圖像處理單元提取的上述目標物圖像的亮度值，使用雙亮度差對比公式，計算能見度值，并且求出上述目標物各方向能見度值的算術平均值作為當前能見度；控制單元，其用于控制上述數字云臺和上述數字攝像單元。2.根據權利要求1所述的能見度測量系統，其特征在于， 所述數字攝像單元具有數字攝像機，其由能夠采集12位數字高清圖片的高清CCD相機構成； 恒溫攝像機罩，上述數字攝像機設置在其內，該恒溫攝像機罩具有多層密封絕熱結構， 對...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王京麗，阮順賢，曹曉彥，
申請(專利權)人：中國氣象局北京城市氣象研究所，
類型：發明
國別省市：11