[发明专利]一种基于光流法的短时云图追踪方法

权利要求书

1.一种基于光流法的短时云图追踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过全天空成像仪采集实时天空图片；

2)对采集到的所有天空图片进行预处理，消除无关的图像信息，只保留图片中天空的区域；

3)将步骤2)获得的天空区域通过图像的RBG颜色信息进行云像素与晴空像素的区分；

4)通过步骤3)得到每张图片的二值图像，通过对相邻两张图像的边缘云像素进行追踪，得到云的边缘位置和速度矢量；

5)根据步骤4)中得到的云的边缘位置和速度矢量，预测下一时刻的云的边缘位置并与太阳位置做对比，判断太阳能否被云遮挡；

所述步骤2)中对采集到的所有天空图片进行预处理，具体采用以下方法：

2.1)首先使用彩色图像边缘提取算法生成彩色边缘图像，并通过加权平均方法获得彩色图像边缘相应的灰度图像；

2.2)采用填充算法处理步骤2.1)得到的图像，生成二元掩模图像，并通过点积运算去除无关的图像信息；对一张图片进行处理得到的二元掩模图像可用于该全天空成像仪捕获的所有图像；

2.3)由于边缘失真，因此将天顶角设定为70°，大于70°天顶角的图像范围通过掩模隐去；

为了获得最优阈值区间，需要参考二进制图像，所述的参考二进制图像可通过Photoshop人为合成或根据每个图像的RGB层获得。

2.根据权利要求1所述的一种基于光流法的短时云图追踪方法，其特征在于：所述的全天空成像仪的光学系统前部安装有全画幅鱼眼镜头。

3.根据权利要求1所述的一种基于光流法的短时云图追踪方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述的区分云像素和晴空像素的方法为：RBR，BRD，BRBG，BRBGB或MCE方法，每种算法均存在最优阈值区间。

4.根据权利要求3所述的一种基于光流法的短时云图追踪方法，其特征在于：所述的获得最优阈值区间，具体为：针对不同的云种类，对实验数据遍历阈值，找到属于每种云种类的最优阈值区间，并通过比较不同算法分别对不同种类云的云/晴空像素识别准确率，找到最适合每一种云的图像识别方法。

5.根据权利要求1所述的一种基于光流法的短时云图追踪方法，其特征在于：所述步骤4)具体为：

对于在时间t＝n和t＝n+1时拍摄的两个连续图像，基于两个连续图像之间的云像素位置变化信息，得到t＝n+1时的云图的速度矢量，该速度矢量可用于预测云遮挡太阳的时间；

所述的云像素的位置变化采用光流法进行追踪。

6.根据权利要求5所述的一种基于光流法的短时云图追踪方法，其特征在于：所述的光流法为Lucas-Kanade光流法。

7.根据权利要求1所述的一种基于光流法的短时云图追踪方法，其特征在于：所述步骤5)中，预测下一时刻的云的边缘位置，具体为：通过当前时刻检测到的云的边缘以及速度矢量，结合太阳所在位置，用卡尔曼滤波或概率密度方法估计每个边缘像素点经过多长时间将会覆盖太阳，并以最短时间作为估计的云层遮挡太阳的时间。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种基于光流法的短时云图追踪方法，其特征在于：可应用于辐照强度预测或太阳能光伏功率输出预测系统。