[发明专利]一种全天空可见光云成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种全天空可见光云成像系统，可作为气象大气探测和太阳能发电应用中天空云状和云量测量的实用系统。

背景技术

早期的地面云观测主要依靠人眼定时观测，由于人的个体差异，主观性较强且工作强度也较大；近期有红外云天仪，它是通过测量天空的红外亮温并结合二维扫描平台获得全天空红外辐射亮温分布图，进而通过云与大气的不同亮温分布获得天空云场特征。红外云天仪的优点是无论白天夜间均可观测，但是由于其通过点扫描来获得全天空的亮温信息，因此观测分辨率与观测时长之间彼此相互制约，若要求观测分辨率高则需要扫描时间加长，而要缩短观测时间则需要降低扫描分辨率。因此，不利于特殊天气条件及短期临近预报中的加强加密观测。

发明内容

本发明的目的是提供一种全天空可见光云成像系统，其可作为气象大气探测和太阳能应用中的具有较高的时间分辨率和空间分辨率的天空云状和云量分析测量系统。

本发明提供的一种全天空可见光云成像系统，包括可见光成像仪、二维太阳跟踪机构、太阳遮挡机构、控制器、控制与数据采集处理器和载物台；所述可见光成像仪、二维太阳跟踪机构和太阳遮挡机构均架设于所述载物台上；所述可见光成像仪上设有鱼眼镜头；所述二维太阳跟踪结构包括驱动所述载物台做方位移动的方位跟踪机构和驱动所述太阳遮挡机构围绕所述可见光成像仪做俯仰转动的俯仰转动机构；所述可见光成像仪与所述控制与数据采集处理器相连接；所述方位跟踪机构和俯仰转动机构均依次与所述控制器和控制与数据采集处理器相连接。

上述的全天空可见光云成像系统中，所述方位跟踪机构和俯仰转动机构均可固设于所述载物台的腔体内；所述可见光成像仪可通过固定轴设于所述载物台的上部。

上述的全天空可见光云成像系统中，所述方位跟踪机构和俯仰转动机构均可包括电机组和减速机；所述方位跟踪机构中的电机组的输出轴驱动与其相连的减速机，从而带动所述载物台做方位移动，同时设于所述载物台上的俯仰转动机构和太阳遮挡机构也随其进行方位移动；所述俯仰转动机构中的电机组的输出轴驱动与其相连的减速机，从而带动太阳遮挡机构做俯仰转动。

上述的全天空可见光云成像系统中，所述太阳遮挡机构可包括遮挡杆和固设于该遮挡杆上的遮挡片，所述遮挡杆可由钢材质制成，所述遮挡片可为黑色不透光硬质塑料或金属薄片。

上述的全天空可见光云成像系统中，所述遮挡杆为圆弧形细杆，有利于精确控制遮挡片的方位和仰角位置；遮挡杆的截面直径为8毫米，由杆所造成的画面遮挡较小；所述遮挡片为圆形，直径为6厘米，该遮挡片在准确遮挡太阳直射光的同时尽可能减少了对全天空图像的遮挡面积。

上述的全天空可见光云成像系统中，所述遮挡杆的两个自由端均可与设于所述载物台边缘处的支柱上的转动轴固定连接，所述转动轴与所述俯仰转动机构相连接，从而所述转动轴转动时可带动所述遮挡杆围绕所述可见光成像仪做俯仰转动。

上述的全天空可见光云成像系统中，所述遮挡杆的两个自由端均可与设于所述载物台边缘处的支柱上的从动轴固定连接，所述遮挡杆的其中一个自由端还通过四连杆机构与设于所述载物台上的主动轴固定连接，所述主动轴与所述俯仰转动机构相连接，从而所述主动轴转动时可带动所述遮挡杆围绕所述可见光成像仪做俯仰转动，所述四连杆机构可增强该系统的稳定性。

上述的全天空可见光云成像系统中，所述可见光成像仪可为CMOS数字图像传感器，所述鱼眼镜头为180°鱼眼镜头，所述CMOS数字图像传感器将180°视场内的光信号转换为电信号，并形成图像数据直接传送到所述控制与数据采集处理器中；所述CMOS数字图像传感器为尺寸相对较大的图像传感器，采集到的图像分辨率高，此外，其为瞬间成像，传感器响应所需时间非常短，因此观测时间分辨率可以达到很高(最高可实现每1秒获得一幅图像)。

上述的全天空可见光云成像系统中，所述可见光成像仪外套设有温控箱，可根据箱外温度调节箱内温度在0℃～40℃之间，所述温控箱一方面可以保护所述可见光成像仪及鱼眼镜头免受环境腐蚀，另外提高了该成像系统的野外观测能力，可适应-30℃～60℃的环境温度；所述温控箱的顶部上与所述鱼眼镜头的位置相应处为石英玻璃罩，其透过率高且强度硬。