[发明专利]一种基于数码相机的大气能见度和埃指数的测量方法

说明书

技术领域

本发明属于基于图像处理的大气能见度测量技术领域，具体涉及一种基于数码相机的大气能见度和埃指数的测量方法。

背景技术

大气能见度是一个很重要的气象参数，它的测量方法也有很多应用。比如，对于交通方面是一个很关键的参数，尤其是路面和航空。对于大气污染等级分析也有很重要的价值。另外，对于旅游业也至关重要，因为可见度是景区的开放的基本条件。

众所周知，大气的能见度与粒子的消光系数有关，这是一种测量大气中悬浮微粒的散射和吸收量的测量方法。这种测量能见度和消光系数的之间的关系首先由Koschmieder提出，它是基于一个暗物质和地平线的天空的对比差异。后来，他被提炼为基于不同数值的气象范围。例如，在沙尘暴盛行的区域，由于大气中的尘埃颗粒物的存在，能见度大大降低，因此它的预测十分重要。对于科研方面，它可用于验证粉尘预测模型或者空气质量模型。它也经常被用到作为一个输入参数的辐射传输计算，比如在创建紫外地图的方面。

大气能见度可以通过不同的方法进行测量。最早和最古老的方法就是通过观测者对天空地平线的一个黑暗物体的识别，但是这种估计误差较大。如今能见度大多数是通过物理量的测量得到之后将其转化为可见度，但是这种仪器由于昂贵的成本很难被推广，对于低成本的能见度测量方法成为迫切需要。

发明内容

本发明的针对现有技术中的不足，提供一种基于数码相机的大气能见度和埃指数的测量方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于数码相机的大气能见度和埃指数的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取图片：通过拍摄系统周期性地采集符合选取的环境图片，选取地形环境具有背景和至少两个暗物质；

处理图片：利用区域分割中的区域生长法将背景从图片中分割出来，利用形变模型分割方法将暗物质从图片中分割出来，并处理得到背景和暗物质的特征参数；

计算结果：基于背景和暗物质的特征参数计算大气能见度和埃指数。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

获取图片的步骤中，拍摄系统由计算机、数码相机和变焦镜头组成，计算机驱动数码相机周期性拍摄环境图片，并保存为分辨率为3888×2592像素的JPEG格式文件。

处理图片的步骤中，提取目标区域中的高亮区域作为种子区域，种子区域从边缘开始，由多个方向同时向外生长，预设边界条件，边界亮度值发生明显偏差时停止生长，将停止生长的像素点逐一连接得到目标区域的边界，将背景从图片中分割出来。

处理图片的步骤中，在图像上给出一条对应对象边界位置的闭曲线，曲线在图像信息和曲线本身信息的指引下运动，曲线运动到正确的对象边界处停止运动，得到暗物质边界，将暗物质从图片中分割出来。

处理图片的步骤中，把分割出来的背景和暗物质通过RGB模型到HSI模型的转换得到背景强度和距离数码相机不同距离的暗物质强度。

计算结果的步骤中，通过基于朗伯-比尔定理而建立的对比度计算公式得到消光系数，由参量埃指数和通过三色通道计算得到的消光系数两者之间的关系，得到大气能见度和埃指数。

计算结果的步骤中，由处理图片得到的背景强度I_B和距离数码相机不同距离的暗物质强度I(x)，通过公式得到两个暗物质相对于背景的对比度C₁和C₂，其中x表示暗物质到数码相机的距离；

由朗伯-比尔定理得到消光系数公式：再通过公式得到大气能见度；

选取相机三通道中的任意两个波长作为求消光系数的参数，通过不同波长λ_i(i＝1，2)得到其波长的消光系数，最后通过公式得到埃指数。

本发明的有益效果是：解决了能见度测量仪器的高成本问题，实现了低成本的大气能见度和埃指数的测量方法，测量误差小，即使在能见度很差的大气环境条件下也可以满足测量。

附图说明

图1为本发明测量方法的流程图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示的基于数码相机的大气能见度和埃指数的测量方法，具体包括以下步骤。

1、获取图片

利用计算机和普通数码相机，外加一个变焦镜头作为拍照图片的工具。另外选取拍摄地形要求为：具有至少两个暗物质和背景，如树木和天空。通过计算机安装的开源软件触发相机周期性采集图片，其中图片要求为分辨率3888×2592像素，并以JPEG格式存储到计算机。