数字摄像能见度仪的白天能见度算法设计

数字摄像仪测量白天能见度过程中,由于目标物的非黑体特性、天空亮度分布不均匀性和遮挡物的存在,造成常用的双亮度差方法不能准确计算能见度。为此设计了一种新的基于数字摄像机的白天能见度算法:将数字摄像机获取的彩色图像分割后留下背景天空区域,对目标区域进行天空信息重建,通过估计透射率计算能见度值。实验数据表明,该算法在能见度观测范围1 500～3 000 m内最大误差小于20%,符合世界气象组织对能见度仪的误差要求,并在天空亮度分布不均匀并存在遮挡物的情况下得到良好的观测结果,测量结果比双亮度差方法误差减小2.4%～3%。

数字摄像法测量能见度仪器系统比对实验

文章介绍了数字摄像法测量能见度仪器系统 (DPVS)的基本原理 ,DPVS通过数字摄像机直接摄取选定目标物的图像 ,并将该图像直接输入计算机进行分析处理 ,自动获取能见度值。DPVS能见度仪与常用能见度仪比对实验结果表明DPVS已基本可以应用。

数字摄像能见度仪器系统控制电路的设计

数字摄像能见度仪器系统(DPVS)是完全仿照人工目测能见度的方法测量能见度的,比传统的透射式、散射式能见度仪更具客观性。为了说明DPVS在硬件方面的工作原理,从该仪器系统的控制电路原理、电路详细构成、元器件的选配、电路设计思路以及系统在实际运行中出现的一些问题和解决方法等方面做了详细介绍。同时还对控制电路中应用的单片机的部分软件做了简要介绍。

数字摄像能见度仪的能见度算法设计及实现

针对传统能见度仪的不足,在已有的研究结果上,设计了数字摄像能见度仪的能见度算法,其中白天能见度采用双亮度差法,并作出改进使其有更大的适用环境;夜间能见度采用双光源法。整套算法通过CCD摄像机、图像采集卡和计算机平台得到实现。实验结果证明,该算法能够解决在气柱分布不均匀的情况下能见度无法准确观测的问题,提高了现有能见度的观测范围。将实验结果和前向散射仪及大气透射仪测量结果进行相关性对比,得到了较好的一致性,误差范围在国际标准的误差要求之内。

基于数字摄像能见度仪的北京地区降雨和雾霾天气能见度对比分析

数字摄像能见度仪(Digital Photographic Visibility System,DPVS)仿照人工目测能见度的原理测量大气能见度。本文应用2017年3-8月北京地区DPVS、前向散射仪(PWD22)、大气透射仪(LT31)三种观测仪器在降雨天气和雾霾天气观测数据进行了对比。结果表明:能见度观测数据与相对湿度、颗粒物浓度、降水粒子等要素之间有明显的负相关性;在低能见度天气条件下,三种仪器观测数据变化趋势一致,但存在一定的差异;DPVS在中雨天气、大雨天气、暴雨天气和中度雾霾天气中,观测数据离散性更小,稳定性更好。但DPVS在白天和夜间的交替过渡期观测值不够稳定,这也是今后算法优化的重点方向。

数字摄像能见度仪控制系统设计及对比数据分析

数字摄像能见度自动监测仪(Digital Photographic Visibility System,简称DPVS)采用仿照人工目测能见度的方法测量能见度,比人工目测和其他器测更具经济性和客观性。文章以DPVS工作原理为引,对DPVS的系统搭建、控制系统集成、通讯系统集成等方面做了详细介绍。文中将DPVS、散射仪、透射仪三种观测设备在降雨天及雾霾天观测数据进行了比对分析,并对实验中遇到的一些问题进行了分析研究,并提出了相应的解决办法。

数字摄像法测量白天能见度算法设计

数字摄像法测量白天大气能见度，常用的方法是双亮度差法，此方法需尽可能保证标准的观测条件，例如两组目标－背景视线方向一致，尽量选择观测反射率低得可以忽略的人工实用黑体目标物等，否则会产生较大的误差。为此设计了一种新的基于数字摄像机的白天能见度算法：拍摄包含合适的目标物和天空背景图像，通过暗原色先验估计透射率，通过调节光圈大小获得散焦图像，把S变换应用到图像处理中，计算视觉距离，可以得出大气消光系数，从而反演出大气能见度值。实验数据表明，该算法在能见度的值在4000～8000 m范围内最大误差小于9％，测量结果比双亮度差方法误差减小2．1％～3．4％。

新型能见度自动观测系统研究

针对国内外迄今还没有真正符合能见度定义的能见度自动观测仪问世的严峻局面,采用数字摄像技术,根据人工观测能见度原理,研究新型的完全符合能见度定义的数字摄像能见度自动探测系统。通过开展数字能见度仪、光学能见度仪以及人工观测能见度比对实验,分析数字能见度仪的观测性能。比对结果表明:该系统运行稳定可靠,达到预期设计指标。本研究为国内外雾霾及能见度自动观测提出了一个可行的解决方案。

基于数字摄像的测量观测系统设计

在大气能见度观测中,相关研究多集中于白天观测,夜间观测的研究比较少见,而对于昼夜连续观测的研究更是鲜有报道。目前,国内外尚没有完全按照能见度定义研制的大气能见度自动观测仪出现。针对这一问题,基于CCD数字摄像技术,模拟人工观测光学原理,提出了一种能够昼夜进行大气能见度连续观测的方法。该方法基于对目标物获得能见度计算公式,并针对昼夜模式下的系统参数进行修正,能够有效消除外在环境因素和相机自身系统内部因素引发的观测误差。为验证算法的有效性,针对天空遮挡、半遮挡和空旷等不同情况(不同情况,会影响观测环境的亮度,以此测试系统对杂散光的抵抗能力,以及对不同环境的适应能力),搭建了基于该方法的3套原理样机。利用搭建的数字摄像能见度仪(DPVS)在北京地区进行了实际的大气能见度分钟级观测。观测实验表明,基于该方法构建的观测系统,不但具有较宽的观测范围,而且能够有效适应各类复杂天气情况,在雨雪霾等不同天气下,均有较好的观测效果,且无论是在能见度变化较快或者较为缓慢的情况下,DPVS系统均能够进行快速正确的响应。而透过DPVS与散射仪和透射仪这两种标准观测仪器观测结果的对比分析发现,DPVS与前两者的观测结果具有较高的相关性:0.9731,且观测性能相当,其平均相对误差在-1.54%左右,均方根相对误差在8.82%左右。而本文算法出现的最大相对误差为-14.11%。世界气象组织MOR规定:能见度仪在满量程范围内,其最大相对误差小于20%,即认为是达到标准的能见度仪,可以投入实际观测使用。基于该算法研发的DPVS系统符合观测标准,能够投入实际使用,且DPVS系统的观测成本远比散射仪和透射仪更低,具有较好的前景和应用价值。