[發(fā)明專利]基于數(shù)字攝像法的能見度測量系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410539453.1
• 申請日: 2014-10-13
• 公開（公告）號: CN104280344A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發(fā)明（設計）人: 王京麗;阮順賢;劉金城;韋濤;聶凱;雷鳴;陳小滿;繆宇鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 中國氣象局北京城市氣象研究所;北京市氣象探測中心
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 北京鴻元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 陳英俊

1.基于數(shù)字攝像法的能見度測量系統(tǒng)，其包括：

支撐裝置，其利用萬向節(jié)承載數(shù)字攝像單元，所述萬向節(jié)方向確定后不再變動，萬向節(jié)底部與安裝平臺連接，

數(shù)字攝像單元，其用于拍攝選定的目標物并將所拍攝的目標物圖像輸出到圖像處理單元，其中，所述目標物包括作為白天檢測2個或2個以上的目標黑體和作為夜晚檢測的2個目標光源；所述2個目標光源是2個獨立的LED點陣列發(fā)光板；

圖像處理單元，其對由上述數(shù)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(jù)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，包括數(shù)字攝像單元控制器，其對數(shù)字攝像單元的鏡頭變倍大/小、聚焦遠/近、光圈開/關進行控制；

網(wǎng)絡連接單元，包括與圖像處理單元連接的串口服務器，其作為通訊接口轉(zhuǎn)換器；及，計算機；及，路由器，負責搭建連接圖像處理單元和計算機的局域網(wǎng)；

設備保護單元，包括室外設備防護裝置，該室外設備防護裝置具有多層密封絕熱結(jié)構(gòu)，容納需室外工作的設備且對其進行溫濕度保護。

2.如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字攝像法的能見度測量系統(tǒng)，其特征在于，

所述數(shù)字攝像單元還包括PWM轉(zhuǎn)換模塊，使用所述PWM轉(zhuǎn)換模塊控制所述LED點陣列發(fā)光板中所有LED的整體亮度。

3.如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字攝像法的能見度測量系統(tǒng)，其特征在于，

所述數(shù)字攝像單元還包括PWM轉(zhuǎn)換模塊，使用所述PWM轉(zhuǎn)換模塊分別控制每個LED的亮度。

4.如權(quán)利要求3所述的基于數(shù)字攝像法的能見度測量系統(tǒng)，其特征在于，

所述PWM轉(zhuǎn)換模塊包括選路子模塊，所述選路子模塊用于選擇特定的LED，從而控制被選擇的LED的亮度。

5.如權(quán)利要求2-4中任一項所述的基于數(shù)字攝像法的能見度測量系統(tǒng)，其特征在于，

所述PWM轉(zhuǎn)換模塊還包括亮度比例調(diào)節(jié)子模塊，所述亮度比例調(diào)節(jié)子模塊用于調(diào)節(jié)其中一個LED點陣列發(fā)光板的整體亮度，以使其與另一個LED點陣列發(fā)光板的整體亮度相等或成比例。

6.如權(quán)利要求5所述的基于數(shù)字攝像法的能見度測量系統(tǒng)，其特征在于，

被調(diào)節(jié)的LED點陣列發(fā)光板的整體亮度是經(jīng)過柔光板之后的整體亮度，或者是經(jīng)過柔光板之前的整體亮度。

7.如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字攝像法的能見度測量系統(tǒng)，其特征在于，

所述數(shù)字攝像單元還包括2個柔光板，每個柔光板置于對應的LED點陣列發(fā)光板之前，將每個LED點陣列發(fā)光板發(fā)出的光源轉(zhuǎn)化為亮度均勻的面光源。

8.如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字攝像法的能見度測量系統(tǒng)，其特征在于，

每個LED點陣列發(fā)光板均被放置于一個長方體內(nèi)深度方向的后二分之一中的任意位置。

9.一種利用權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字攝像法的能見度測量系統(tǒng)的方法，其特征在于，包括以下步驟：

一、搭建目標物；利用萬向節(jié)承載數(shù)字攝像單元，所述萬向節(jié)方向確定后不再變動，萬向節(jié)底部與安裝平臺連接，可左右旋轉(zhuǎn)，萬向節(jié)側(cè)面可調(diào)工業(yè)相機至抬頭或低頭，萬向節(jié)頂部與恒溫攝像機罩底部連接，可調(diào)節(jié)工業(yè)相機的前后位置，其中，所述目標物包括作為白天檢測2個或2個以上的目標黑體和作為夜晚檢測的2個目標光源；所述2個目標光源是2個獨立的LED點陣列發(fā)光板；

二、數(shù)字攝像單元間隔N分鐘拍攝選定的目標物，并將包括目標物的圖像傳送給圖像處理單元；

三、通過網(wǎng)絡遠程登錄的方式，利用計算機操作數(shù)字攝像單元控制器對鏡頭變倍大/小、聚焦遠/近、光圈開/關進行調(diào)整，使得目標物的成像達到最佳效果；

四、對目標物及其周圍的參照物進行標定：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；

五、根據(jù)能見度計算公式求出大氣能見度：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

均值作為當前能見度值。