[发明专利]基于地基云图的畸变校正方法

权利要求书

1.一种基于地基云图的畸变校正方法，其特征是，首先，确定图像中像素到天顶的图像径向距离；然后，依据拟合得到的图像径向距离—天顶角公式，确定图像中像素的天顶角；继而，基于转换模型确定空间中像素到天顶的天空径向距离；确定天空图像径向距离和像素在天空图像中的坐标并完成映射；最后，对信息不完整的天空图像进行插值得到完整的畸变校正图像；具体步骤如下：

步骤1确定图像径向距离和图像极角：

像素在图像中的位置由像素坐标系表示，坐标系原点位于图像左上角，横轴为列u，纵轴为行v，像素坐标指的是像素在图像中的行和列，单位为像素，为实现原始图像向畸变校正后天空图像的映射，采用径向映射方法，需要确定像素在图像中的极坐标——图像径向距离和图像极角，详细步骤如下：

1)、极坐标系的极点设为天顶，位于图像中天空区域的中心，像素坐标(u_o,v_o)，像素极坐标的极径，即图像中像素到天顶的径向距离，由如下公式计算：

其中，(u_I,v_I)为图像像素的像素坐标，图像径向距离表征了像素在原始图像中与天顶位置的远近；

2)、像素极坐标的极角φ，即图像中像素偏离正方向的角度，以表征地理位置中南方的垂直向下为起始方向，取顺时针方向为正方向，由如下公式计算：

极角的计算符合空间中天体坐标的理论描述，便于理解和后续映射；

步骤2确定图像中像素的天顶角：

空间中物体的位置由天体坐标系表示，为构建图像中像素坐标与空间中天体坐标的映射关系，建立图像像素坐标的图像径向距离与空间天体坐标的天顶角之间的关系，并由此确定图像中像素的天顶角，具体步骤如下：

1)、以太阳为对象构建图像的像素坐标系与空间的天体坐标系的映射关系；

当不存在云遮挡太阳的情况时，太阳位置显示出高的亮度且呈现为太阳圆盘，提取太阳圆盘的中心坐标为太阳的像素坐标；

水平坐标系用观测者的局部地平线作为基面，地平线上方的可视物体由水平坐标——天顶角α和方位角β表示，单位为度，天顶角是以观测者为基准的天顶和物体间的角度，方位角是物体以南方为起始方向顺时针的相对角度，太阳的天顶角由天文公式计算得到:

其中，δ为根据日期计算得到的太阳赤纬角，为地理纬度，τ为由日期、时间和经度计算得到的太阳时角：

2)、随机选取不同日期时间且太阳未被遮挡的地基云图，计算太阳的图像径向距离和天顶角，横轴为图像径向距离，纵轴为天顶角，太阳的图像径向距离和天顶角数据呈曲线分布，因此拟合为三次多项式，得到图像径向距离—天顶角公式；

3)、图像径向距离—天顶角公式确定后，将步骤1计算得到的图像径向距离代入公式，最终完成图像中像素的天顶角的计算；

步骤3确定天空径向距离：

为了校正得到空间中像素到天顶的径向距离，即天空径向距离，以地心角作为间接变量，构建固定方位角下天顶角与对应云层弧形长度之间的关系，即天顶角与天空径向距离的转换模型，实现天空径向距离的计算；

步骤4确定天空图像径向距离，实现坐标转化并完成映射：

将数值较大的天空径向距离转化为天空图像径向距离，进一步将天空图像的极坐标转化为像素坐标，完成像素由图像到畸变校正后天空图像的映射；

步骤5对天空图像进行插值：

采用径向插值方法：

寻找在径向方向邻近待插值像素A的含有像素信息的像素B和C，如果径向方向邻近像素存在两个，则将两个像素的均值赋予A；如果径向方向邻近像素存在一个，则将该像素值赋予A，遍历处理天空图像中全部的待插值像素，得到最终的畸变校正结果。