[发明专利]一种数字摄像法探测大气能见度的误差分析方法

说明书

本发明公开了一种数字摄像法探测大气能见度的误差分析方法，根据相机的亮度准确性以及系统动态范围得到亮度增益误差和亮度零点误差，根据目标板表面的吸收性能得到固有视亮度比误差，设定相机与目标板之间的距离、天空背景亮度和能见度理论值，代入能见度测量模型计算得到目标亮度理论值，通过相机的亮度增益误差、亮度零点误差和目标板固有视亮度比误差分别计算得到目标亮度增益误差引起的能见度相对误差、目标亮度零点误差引起的能见度相对误差、天空背景亮度增益误差引起的能见度相对误差、天空背景亮度零点误差引起的能见度相对误差和目标板固有视亮度比误差引起的能见度相对误差，最后合成大气能见度总的相对误差。

技术领域

本发明涉及气象和电子技术领域，特别是一种数字摄像法探测大气能见度的误差分析方法。

背景技术

大气能见度是重要的天气气象观测要素，严重制约着航空、航海、路上交通以及军事活动。目前，常用的大气能见度测量仪器主要是基于散射和透射技术体制的探测仪。散射式能见度测量的是几十厘米范围内的空气体积对光的散射情况，基于该方法研制的能见度仪分为前向散射仪、后向散射仪和总散射仪，其中前向散射仪由于占地面积小、安装简单、成本低等特点，是目前市场应用最多的能见度探测仪器。其最大的缺陷是对不同尺度、不同性质散射粒子难以修正，以及采样空间较小引起的水平能见度代表性较差。透射式能见度探测法是通过在接收端测量从发射端发射来的长达几十米空气柱的透射率从而直接获得能见度值。尤其在中低能见度情况下,其测量精度相对高,这也是将其作为其它类型能见度仪检定标准的原因。但缺点是成本高、占地面积大、安装也较为复杂、维护比较繁琐。

随着成像和数据处理等技术的快速发展，数字摄像法由于成本低、操作简单、对场地要求低等优点，也被应用于能见度的监测研究中。图像能见度探测法是用数码相机替换人眼以捕获图像，并通过对数字图像的亮度、对比度和功率谱等特征进行分析处理，从而获得能见度值。该方法是完全基于人眼观测能见度原理进行能见度的测量，从而避免了人的主观性造成的观测误差，尤其是可以进行连续的无人监督操作，从而实现对日间能见度的全天候、全时候观测。但实际应用中，来自摄像系统的性能、目标物的选取和背景杂散光影响了能见度值的准确测量。当使用基于亮度对比度的图像方法进行能见度的测量时，目标物的表面结构、颜色对目标物的固有视亮度比有直接影响，目标物的选取显得尤其关键，理想的目标物为黑体，但实际无法找到黑体目标物，现有一些基于数字摄像法的能见度探测方法中，大多采用颜色较深的建筑物、山坡等自然景物或是人工刷有黑漆的平板作为目标物，但这些目标物并非理想的纯黑体，因此在能见度计算公式中不能简单的认为目标物的固有视亮度比C₀＝-1；另外，不同的数码相机成像性能也直接影响着最终的能见度探测精度，若在试验前对不同的相机性能和目标板影响的能见度探测精度进行误差分析，进而选用适宜的图像采集相机，可以共同提高数字摄像法进行能见度探测的精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种数字摄像法探测大气能见度的误差分析方法，提高大气能见度测量的精度。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种数字摄像法探测大气能见度的误差分析方法，包括以下步骤：

步骤1、间隔设定相机与目标板之间的基线长度d，设定归一化天空背景亮度L_g，在[a,b]之间等间隔的设定多个大气能见度理论值MOR，重复步骤2-9直至所有的MOR被遍历完；其中a、b分别为相机与目标板之间的最近和最远距离；

步骤2、将步骤1中设定的d、L_g、大气能见度理论值MOR代入能见度计算公式，得到目标亮度理论值L_t；

步骤3、选取数码相机，查看相机的系统亮度准确性以及系统动态范围f，得到亮度增益误差σ，计算零点漂移误差

步骤4、根据σ和能见度计算公式，计算目标亮度增益误差引起的能见度相对误差