[发明专利]基于四通道全天空偏振成像的云像探测系统及其探测方法

权利要求书

1.基于四通道全天空偏振成像的云像探测系统，其特征在于，包括安装支架(11)，安装支架(11)上为安装腔体(10)，安装腔体(10)设有防尘防雨罩(1)，防尘防雨罩(1)内自上到下依次设有180度全景鱼眼镜头(2)、滤光轮(4)、CMOS偏振传感器(7)，滤光轮(4)通过支架(6)安装在XY位移装置(8)上，滤光轮(4)上设有太阳像元阻挡片(5)；防尘防雨罩(1)内还设有温控装置(3)；安装支架(11)上还设有GPS模块(9)；CMOS偏振传感器(7)、180度全景鱼眼镜头(2)、温控装置(3)、XY位移装置(8)、GPS模块(9)分别与控制和数据采集模块(12)、计算机(13)连接。

2.根据权利要求1所述的基于四通道全天空偏振成像的云像探测系统，其特征在于，所述的安装腔体(10)和防尘防雨罩(1)之间有透气孔，防尘防雨罩(1)内外镀有增透膜。

3.根据权利要求1所述的基于四通道全天空偏振成像的云像探测系统，其特征在于，所述的滤光轮(4)上安装有4片滤光片，分别为410nm-430nm，500nm-520nm，660nm-680nm，860nm-880nm。

4.根据权利要求1所述的基于四通道全天空偏振成像的云像探测系统，其特征在于，所述的所述CMOS偏振传感器(7)上每2x2像元一组镀有4个方向上的偏振镀膜，4个方向分别为0°、45°、90°、135°，获取4个方向的偏振信息。

5.根据权利要求1到4任一项所述的基于四通道全天空偏振成像的云像探测系统的探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、利用气象和GPS模块(9)获取本系统安装地理位置、时间信息传递给计算机(13)，计算机(13)根据经纬度和时间信息，计算太阳位置，并转换为CMOS偏振传感器(7)像元位置；

S2、XY位移装置(8)控制滤光轮(4)在水平方向位置，遮挡太阳像元；

S3、在此基础上，计算机(13)通过控制和数据采集模块(12)使CMOS偏振传感器(7)曝光成像，获取全天空图像；

S4、图像通过控制和数据采集模块(12)，图像数据下传到计算机(13)，并将图像分为4个偏振方向的偏振图像；

S5、全天空亮度图像为：

每2x2像元一组，其平均偏振信息可用斯托克斯参数(I、Q、U、V)分量标识，V不予考虑；其中四个通道的平均辐射亮度I_j可以计算为：

I_j＝(I_j,0+I_j,45+I_j,90+I_j,135)/2；

其中下标分别代表0°、45°、90°、135°像元观测数据，j＝1，2，3，4代表410nm-430nm，500nm-520nm，660nm-680nm，860nm-880nm四个通道；

斯托克斯参数Q和U分别表示为：

Q_j＝I_j,0-I_j,90；

U_j＝I_j,45-I_j,135

偏振辐射亮度为：

S6、首先基于多幅图像的I_j和I_j，pol，计算其方差，根据方差阈值进行图像像元是否有云污染进行初始判别，即根据图像动态变化进行初始判别；

S7、根据气象模块采集的气压，和观测时间所处的季节和时间，选择大气模式，进行辐射传输仿真模拟，计算4个通道纯分子大气的天空Rayleigh散射光强及其偏振；

S8、利用图像分解的方式分别处理I_j和I_j，pol图像，并与步骤7辐射传输模式得到的纯分子大气的光强和偏振信息计算结果进行比较，同时参考4个通道的波长比将全天空图像分类，从而实现全天空天气现象的自动识别和分类。