[发明专利]基于三光谱实时成像和多项式回归的修正能见度估计方法

说明书

本发明公开了基于三光谱实时成像和多项式回归的修正能见度估计方法，属于大气能见度检测技术领域，利用三台近红外相机、三个分光镜、三个近红外成像波段对应的滤光片、三个镜组搭建三光谱实时成像光学系统；利用三光谱实时成像系统在雾天下对选定建筑物目标进行成像得到同一场景下不同波段成像的三幅近红外图像；进一步推导雾天下基于近红外三光谱成像和距离的能见度估计公式；得到多对标准能见度U与估计能见度V，然后使用多项式回归方程建立能见度修正公式，对后续得到的估计能见度V进行修正得到修正能见度V_x。本发明利用三光谱实时成像与多项式回归克服了现有技术中需要大量训练样本来优化神经网络性能，使得本发明测量雾天下能见度误差较低。

技术领域

本发明属于大气能见度检测技术领域，具体涉及基于三光谱实时成像和多项式回归的修正能见度估计方法。

背景技术

能见度是指视力正常的人将目标物从背景中识别出来的最大距离，单位通常是米。影响能见度的主要因素是雾和霾。当能见度较低时，将给行车安全和航空等领域带来危险。随着科技的进步，能见度在生活、军事、环境和气候等领域越来越重要。因此，如何简便和精确的估计能见度是一个重要的研究方向。

西安电子科技大学申请的专利“雾天下基于双光谱消光的城市建筑物相对距离估计方法”(专利申请号202010292894.1，申请公布号CN 11522025 A)公开了一种雾天下基于双光谱消光的城市建筑物相对距离估计方法。该方法采用同一近红外单色相机获取相同城市建筑物场景的两幅不同波段图像，分别利用两幅不同波段图像的全局大气光值、消光系数，进而得到相对距离。该方法的不足之处为：近红外双光谱成像系统存在需要手动更换两个近红外滤光片，无法实时成像。

陈钟荣等人发表的论文“基于自适应雾浓度系数的暗通道先验法能见度测量”(《现代电子技术》,第42卷，第9期，第47-53页，2019)提出了一种暗通道先验法能见度测量。该方法通过构建神经网络，利用灰度图代替RGB图像作为输入，雾浓度系数作为输出，得到能见度。该方法的不足之处为：需要大量训练样本来优化神经网络性能，利用直线回归模型预测能见度仍存在较大误差。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术中的不足，提供基于三光谱实时成像和多项式回归的修正能见度估计方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：基于三光谱实时成像和多项式回归的修正能见度估计方法，包括如下步骤：

步骤一、利用三台近红外相机C1、C2和C3、三个分光镜B1、B2和B3、三个近红外成像波段λ₁、λ₂和λ₃对应的滤光片F1、F2和F3、三个镜组L1、L2和L3搭建三光谱实时成像光学系统；

步骤二、利用三光谱实时成像系统在雾天下对选定建筑物目标进行成像得到同一场景下不同波段成像的三幅近红外图像I(λ₁,d)、I(λ₂,d)和I(λ₃,d)，d表示选定建筑物目标与近红外相机的真实距离；

步骤三、根据I(λ₁,d)、I(λ₂,d)和I(λ₃,d)进一步推导雾天下基于近红外三光谱成像和距离的能见度估计公式；

步骤四、根据上述公式得到多对标准能见度U与估计能见度V，记作{(U₁，V₁),(U₂，V₂),...,(U_n，V_n)}，然后使用多项式回归方程建立能见度修正公式，对后续得到的估计能见度V进行修正得到修正能见度V_x，将修正能见度V_x作为最终输出结果，其中，n表示大于等于2的整数，具体包括如下步骤：

1)建立U与V的多项式回归方程为