[发明专利]基于数字摄像法的能见度测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及能见度测量领域，尤其涉及一种基于数字摄像法的能见度测量系统及方法。

背景技术

能见度是一个对航空、航海、陆上交通以及军事活动等都有重要影响的气象要素。能见度观测在气象预报、交通、环境等领域有十分重要的作用，与国民经济建设和人民生命财产安全紧密相关。特别是近年来，许多领域已把能见度的日常观测逐渐提到日程上来，如高速公路的关闭、车辆的限速、飞机的起降等等。可以说，对能见度的实时观测和预报已经成为现实生活中不可缺少的重要内容。

迄今为止，国内外对能见度的观测大都还是以人工目测为主，规范性和客观性较差。以我国为例，2414个国家气象台站能见度的观测仍然主要采用人工观测方式，具有很大的主观性，资料更新周期长，难以满足气象预报和服务的需求。在能见度仪器测量方面，目前采用的设备主要有大气透射仪和激光能见度自动测量仪。前者通过光束透过两固定点之间的大气柱直接测量气柱透射率，以此来评估能见度值，这种方法要求光束通过足够长的大气柱，而在雨、雾等低能见度天气，又会因水汽吸收等复杂条件造成较大误差，因此局限性很大。后者则是通过激光测量大气消光系数的方法来推测能见度，相对而言较为客观和准确，但这种方法的使用目前还仅限于少数研究部门。这是因为激光雷达不仅成本昂贵、维护费用高、操作复杂，而且在雨天、雾天也难以进行正常观测。因此，改进乃至革新能见度探测技术仍是一个具有重要意义的研究课题。

数字摄像法测量能见度是通过数字摄像机直接摄取选定目标物的图像，然后送入计算机进行分析处理，自动获取能见度值。本方法用数字摄像机代替人眼，模仿人眼观测和人对能见度的真实感受，是一种新的能见度观测方法。它完全仿照人工目测能见度的原理，根据能见度的定义研制，是最科学的能见度探测方法，更是取代人工观测能见度的最佳仪器。

经过若干年的研究和实验，数字摄像法探测大气能见度技术已经取得了突破性的研究成果，但还存在需要进一步完善和改进的地方，尤其是系统集成设计与仪器产品定型。基于数字摄像法的能见度测量，设计并实现一种新型的、较为经济和客观的能见度探测系统，已经成为能见度测量研究的发展趋势与迫切需求。能够应对复杂环境下气候条件与地理条件的数字摄像法能见度测量系统，将会应用在航空、航海、陆上交通及军事活动等诸多领域，具有巨大的市场前景。

在申请号为201210080662.5的同一申请人之前的中国发明申请中，提出了用激光作为目标光源，从而进行夜间观测。但是，在该在先申请中，申请人也明确提出激光光源由于其价格高昂的限制，一直无法很好地大规模生产和应用的缺点。此外，还有人提出利用电致发光(electroluminescent，EL)光源来降低成本，然而，EL光源由于是利用化学能转换为光能，因此其存在使用寿命不长，亮度不高等缺点。

因此，提出一种低成本的、高亮度的发光单元作为目标光源，是本领域要解决的进一步的技术问题。

发明内容

综合以上考虑，本发明提出要利用多个LED构成的LED点阵列发光板作为能见度仪夜间使用的目标光源。相比于其他光源，诸如EL背光光源、激光光源等，LED点阵列发光板作为光源具有亮度高、性能稳定、使用寿命长、成本低和控制方便等特点，非常适合作为能见度仪的目标光源。

基于数字摄像法的能见度测量系统，其包括：

支撑装置，其利用万向节承载数字摄像单元，所述万向节方向确定后不再变动，万向节底部与安装平台连接，

数字摄像单元，其用于拍摄选定的目标物并将所拍摄的目标物图像输出到图像处理单元，其中，所述目标物包括作为白天检测2个或2个以上的目标黑体和作为夜晚检测的2个目标光源；所述2个目标光源是2个独立的LED点阵列发光板；

图像处理单元，其对由上述数字摄像单元的拍摄而得到的目标物图像使用目标定位算法来精确定位目标物，提取该目标物的亮度值并输出到能见度计算单元；

能见度计算单元，其根据由上述图像处理单元提取的上述目标物图像的亮度值，使用双亮度差对比公式，计算能见度值，并且求出上述目标物各方向能见度值的算术平均值作为当前能见度；

控制单元，包括数字摄像单元控制器，其对数字摄像单元的镜头变倍大/小、聚焦远/近、光圈开/关进行控制；

网络连接单元，包括与图像处理单元连接的串口服务器，其作为通讯接口转换器；及，计算机；及，路由器，负责搭建连接图像处理单元和计算机的局域网；

设备保护单元，包括室外设备防护装置，该室外设备防护装置具有多层密封绝热结构，容纳需室外工作的设备且对其进行温湿度保护。