夜晚雾天下基于双光谱实时成像的修正能见度估计方法技术

本发明专利技术针对现有技术中的不足，提供一种夜晚雾天下基于双光谱实时成像的修正能见度估计方法，首先搭建近红外双光谱实时成像光学系统；其次拍摄同一场景下近红外双光谱实时成像的近红外图像对；然后推导夜晚雾天下基于双光谱实时成像的能见度估计公式；再利用推导的公式和天气预报软件获得多对估计能见度和标准能见度；接着使用三次函数曲线回归方程建立能见度修正公式；最后根据能见度修正公式获得修正能见度，本发明专利技术克服了现有技术中需要手动更换两个近红外滤光片，无法实时成像，并且无法在夜晚工作的缺点。在夜晚工作的缺点。在夜晚工作的缺点。

【技术实现步骤摘要】
夜晚雾天下基于双光谱实时成像的修正能见度估计方法


[0001]本专利技术涉及夜晚雾天下基于近红外双光谱成像的修正能见度估计方法，属于属于大气能见度估计


技术介绍

[0002]大气能见度(Visibility)是反映大气透明度的一个指标。一般定义为具有正常视力的人在当时的天气条件下能够看清楚目标轮廓的最大地面水平距离。影响能见度的因子主要有大气透明度、灯光强度和视觉感阈。大气能见度和当时的天气情况密切相关。当出现降雨、雾、霾、沙尘暴等天气过程时，大气透明度较低，因此能见度较差，容易给行车安全和航空等领域带来危险。所以能见度的测量是一个重要的研究领域，尤其是夜晚能见度的测量。
[0003]目前能见度估计方法中，透射式能见度仪测量精度较高，更适合低能见度的条件下使用，因此也常被用于民航系统和各类气象站的测量上。透射能见度仪测定气象光学视程是根据准直光束的散射和吸收导致光的损失的原理，所以它与气象光学视程的定义密切相关。采用测量发射器和接收器之间水平空气柱的平均消光(透射)系数而算出能见度。透射式能见度仪存在的不足之处是：由于测量精度高，因此该方法对物理仪器的精准要求也高，成本也较高，需要较长的基线，占地面积大，不能灵活移动，不具有普适性。
[0004]西安电子科技大学申请的专利“雾天下基于双光谱消光的城市建筑物相对距离估计方法”(专利申请号202010292894.1，申请公布号CN 11522025 A)公开了一种雾天下基于双光谱消光的城市建筑物相对距离估计方法。该方法采用同一近红外单色相机获取相同城市建筑物场景的两幅不同波段图像，分别利用两幅不同波段图像的全局大气光值、消光系数，进而得到相对距离。该方法的不足之处为：近红外双光谱成像系统存在需要手动更换两个近红外滤光片，无法实时成像，并且该方法无法在夜晚工作。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种夜晚雾天下基于双光谱实时成像的修正能见度估计方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：1.夜晚雾天下基于双光谱实时成像的修正能见度估计方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0007]步骤一、搭建近红外双光谱实时成像光学系统，得到同一场景下近红外双光谱实时成像的近红外图像对I(λ1,d)和I(λ2,d)，其中，d表示目标与近红外相机的距离，λ1和λ2为近红外双光谱实时成像光学系统中两个近红外成像的波段；
[0008]步骤二、利用如下夜晚雾天下基于双光谱实时成像的能见度估计公式计算得到估计能见度V：
[0009][0010]步骤三、利用天气预报软件获得目标场景下的标准能见度U；
[0011]步骤四、重复执行步骤一到步骤三得到n对标准能见度U与估计能见度V，记作{(U1,V1)，(U2,V2)，...，(U
n
,V
n
)}，利用U和V建立三次函数曲线回归方程为
[0012]U＝αV3+βV2+εV+δ
[0013]其中，α表示三次项系数，β表示二次项系数，ε表示一次项系数，δ表示常数项；
[0014]根据岭回归的代价函数J(α、β、ε、δ)求得使岭回归的代价函数取最小值时的α、β、ε、δ；
[0015][0016]其中，U
i
表示第i个标准能见度，V
i
表示第i个估计能见度，i表示标准能见度U与估计能见度V构成的能见度对的序号，i＝1，2，
…
，n，i为整数，ξ表示正则化系数；
[0017]利用α、β、ε、δ建立能见度修正公式为：
[0018]V
Z
＝αV3+βV2+εV+δ
[0019]利用修正公式对估计能见度V进行修正，得到修正能见度V
Z
，将修正能见度V
Z
作为最终输出结果。
[0020]对上述技术方案的进一步设计为：步骤一搭建近红外双光谱实时成像光学系统具体通过以下步骤实现：
[0021]1)在选取两台近红外相机，并在每台近红外相机正前方分别装配滤光片和镜组；
[0022]2)目标光线经过聚光镜头后到达分光镜；
[0023]3)分光镜的透射光经过滤光片F1和镜组L1，被近红外相机C1接收；
[0024]4)分光镜的反射光经过滤光片F2和镜组L2，被近红外相机C2接收。
[0025]步骤一中两个近红外成像波段的选取包括以下步骤：
[0026]1)选择能够测量近红外波段光谱的光谱仪；
[0027]2)利用标准白色目标和光谱仪搭建光谱测量系统；
[0028]3)在夜晚近红外相机放置处，利用光谱测量系统测量得到夜晚雾天下目标的光谱；
[0029]4)将夜晚雾天下目标的光谱中辐射强度大于等于0.6，且波长大于900nm的近红外波段作为备选近红外成像波段；
[0030]5)在备选近红外成像波段中选取数值差的绝对值大于等于70的两个波段作为选定的两个近红外成像波段。
[0031]步骤一中得到同一场景下近红外双光谱实时成像的近红外图像对的步骤如下：
[0032]1)利用选定的两个近红外成像波段得到对应的滤光片；
[0033]2)利用近红外双光谱实时成像光学系统，根据公式
[0034][0035][0036]得到同一场景下近红外双光谱实时成像的近红外图像对I(λ1,d)和I(λ2,d)。
[0037]本专利技术的有益效果是：
[0038]第一、由于本专利技术利用两个近红外相机、一个分光镜、两个滤光片、两个镜组搭建近红外双光谱实时成像光学系统，所以本专利技术所使用的设备小，可以灵活移动。得到不同近红外波段滤光片测量的图像对后，通过大气消光系数与d和λ1、λ2的关系推导夜晚雾天下基于双光谱实时成像的能见度估计公式，再通过推导的公式和天气预报软件获得多对能见度，最后通过三次函数曲线回归方程进行能见度修正。由于本专利技术主要通过对图像对的计算获得能见度，因此对测量仪器的要求较小，成本也较低，较为灵活，具有普适性。克服了现有技术对物理仪器的精准要求高，成本较高，需要较长的基线，占地面积大，不能灵活移动，不具有普适性的缺点。
[0039]第二、由于本专利技术搭建的近红外双光谱实时成像光学系统可在夜晚雾天下对路灯目标进行成像来估计能见度，可以在同一时刻拍摄两张同一能见度天气下的不同波长的图像，利用三次函数曲线回归方程来对得到的结果进行校正，使得到的数据变得更加准确可靠。由于本专利技术采用了实时成像光学系统，所以可以快速得到结果。即本专利技术所提出的是一种新的更快捷、更方便的算法，克服了现有技术中需要手动更换两个近红外滤光片，无法实时成像，并且该方法无法在夜晚工作的缺点。
附图说明
[0040]图1、修正能见度估计方法流程图。
[0041]图2、近红外双光谱实时成像光学系统。
[0042]图3、9对训练估计能见度与标准能见度的三次函数曲线回归方程图；
[0043]图4、5对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.夜晚雾天下基于双光谱实时成像的修正能见度估计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、搭建近红外双光谱实时成像光学系统，得到同一场景下近红外双光谱实时成像的近红外图像对I(λ1,d)和I(λ2,d)，其中，d表示目标与近红外相机的距离，λ1和λ2为近红外双光谱实时成像光学系统中两个近红外成像的波段；步骤二、利用如下夜晚雾天下基于双光谱实时成像的能见度估计公式计算得到估计能见度V：步骤三、利用天气预报软件获得目标场景下的标准能见度U；步骤四、重复执行步骤一到步骤三得到n对标准能见度U与估计能见度V，记作{(U1,V1)，(U2,V2)，...，(U
n
,V
n
)}，利用U和V建立三次函数曲线回归方程为U＝αV3+βV2+εV+δ
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(2)其中，α表示三次项系数，β表示二次项系数，ε表示一次项系数，δ表示常数项；根据岭回归的代价函数J(α、β、ε、δ)求得使岭回归的代价函数取最小值时的α、β、ε、δ；其中，U
i
表示第i个标准能见度，V
i
表示第i个估计能见度，i表示标准能见度U与估计能见度V构成的能见度对的序号，i＝1，2，
…
，n，i为整数，ξ表示正则化系数；利用α、β、ε、δ建立能见度修正公式为：V
Z
＝αV3+βV2+εV+δ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)利用修正公式对估计能见度V进行修正，得到修正能见度V
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵东，葛良厅，杨成东，苏琳琳，陈杰，贺文轩，李跃，刘青汉，王晨，尹晨旭，王乐，唐刘，
申请(专利权)人：南京信息工程大学滨江学院，
类型：发明
国别省市：