一种风场测量方法、系统及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种风场测量方法、系统及存储介质，本方案通过在天空区域具备用于风场测量的条件时，基于三个影像采集端在三个角度拍摄的天空图像进行建立虚拟坐标系和根据三个影像采集端的相对位置关系、其与目标元素上特征点的俯仰角、朝向关系，来获得目标元素上特征元素的实际位置，以此获得目标元素的位置信息，从而基于不同时间点目标元素的位置来获取其受风场作用而产生的轨迹反演风场和获取风场信息，本方案不仅实施灵活且数据参考性佳，为图像摄取技术和照片拟合技术在风场测量中提供新的思路。提供新的思路。提供新的思路。

【技术实现步骤摘要】
一种风场测量方法、系统及存储介质


[0001]本专利技术涉及风场监测
，尤其涉及一种风场测量方法、系统及存储介质。

技术介绍

[0002]大气风场测量在飞行器飞行条件评估、污染物扩散评估等领域中的具有重要的作用，目前大气风场测量的主要手段为通过声雷达、微波雷达和激光雷达进行测量，而这些测量设备往往需要耗费较大的资金、物资投入，其在使用时，虽然精度上较为理想，但是在灵活性、测量区域转移切换上和低成本方面还存在较大的局限性，因此，其常常被用于预算较为充裕的特殊操作场景事前评估。
[0003]随着图像摄取技术和照片拟合技术的日益成熟，目前已有大量研究人员发表了通过多张图片进行定位图片中相同元素的三维坐标，而具有高清图像摄取模块的手持设备目前已经广泛销售，例如，手机、平板电脑等，同时，现有手持终端亦有加载大量传感器以令手持终端持有人方便查阅其当前的地理位置、手持终端姿态等，若是能够利用图像摄取设备来获取天空偏振背景，根据多张图片结合去获取的时间差来估算大气风场，以实现风场信息估算，那么将会大大方便于大气风场的测量，提高检测人员的操作灵活性、数据获取效率和降低检测成本。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种实施可靠、测量数据参考性佳且使用灵活的风场测量方法、系统及存储介质。
[0005]为了实现上述的技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种风场测量方法，其包括：S01、第一影像采集端按预设条件对天空预设区域进行影像采集，生成影像数据；S02、获取影像数据，对影像数据中的元素进行定位和提取，然后按预设条件对所提取的元素进行判断，再将符合预设判断要求的元素进行输出；S03、响应所输出元素的选定反馈，将所选定的元素设为目标元素，然后启动第二影像采集端和第三影像采集端连同第一影像采集端以不同的摄取角度对目标元素进行拍摄画面捕捉；S04、调整拍摄角度和拍摄焦距，令目标元素位于拍摄画面中部，然后按预设频率进行图像拍摄，同时，还同步记录拍摄时间节点，以及第一影像采集端、第二影像采集端和第三影像采集端在图像拍摄时的拍摄姿态数据和三者的相对位置信息，然后将其与生成的图像数据进行信息关联，生成图像数据组；S05、获取图像数据组，建立虚拟三维坐标系，根据第一影像采集端、第二影像采集端和第三影像采集端的相对位置信息和拍摄图像数据时的姿态数据以及图像数据进行还原拍摄时间节点下目标元素在天空中的位置信息；S06、重复步骤S04～S05预设次数，获得不同时间节点目标元素的位置信息；
S07、根据不同时间节点下，目标元素的位置信息三维坐标变化情况，获得目标元素的移动轨迹，然后根据目标元素的移动轨迹进行反演该目标元素所在区域的风场，进而获得风场信息和输出，完成风场测量。
[0006]作为一种可能的实施方式，进一步，本方案S01中，第一影像采集端以单点或多点对焦的方式对天空预设区域进行影像采集；且所采集的影像数据中加入有时间线标签，以令影像数据与其获取的时间对应。
[0007]作为一种较优的实施选择，优选的，本方案所述第一影像采集端的镜头上还设置有偏振镜，所述偏振镜用于过滤拍摄环境中的杂散光。
[0008]作为一种较优的实施选择，优选的，本方案S02包括：S021、获取影像数据，将其按预设时间间隔分割为多个图像帧，然后对图像帧中的元素进行定位和提取；S022、通过经训练的检测神经网络对所提取的元素进行判断，输出判断结果，将符合预设要求的元素输出。
[0009]作为一种较优的实施选择，优选的，本方案S022中，符合预设要求范围的元素包括云朵和树叶；S022中，当判断结果指向为天空区域具有符合预设要求范围的元素时，对第一影像采集端输出第一指令，以令其以第一帧率和/或第一清晰度参数进行影像采集，同时将符合预设要求的元素输出；当判断结果指向为天空区域中无符合预设要求范围的元素时，对第一影像采集端输出第二指令，以令其以第二帧率和/或第二清晰度参数进行影像采集；其中，第一帧率对应的采集帧率大于第二帧率的采集帧率；以第一清晰度参数所采集的影像对应的分辨率大于第二清晰度参数所采集的影像对应的分辨率。
[0010]除此之外，S021中，所提取的元素对应的定位轮廓不与图像帧的边缘相交，且所提取元素的面积为图像帧面积的15%～30%。
[0011]作为一种较优的实施选择，优选的，本方案S04包括：S041、实时获取第一影像采集端、第二影像采集端和第三影像采集端所捕捉拍摄的天空画面；S042、在第一影像采集端、第二影像采集端和第三影像采集端所捕捉拍摄的天空画面中对目标元素进行定位，然后进行择一且按预设条件在目标元素上选取一个以上特征点，并对特征点进行编号，继而在另外两个影像采集端的天空画面中进行对应标识特征点和编号；S043、将其中一特征点设为主参考点，实时调整拍摄角度和拍摄焦距，令目标元素位于拍摄画面中部区域且维持作为主参考点的特征点位于拍摄画面中心，然后按预设频率进行图像拍摄，同时，还同步记录拍摄时间节点，以及第一影像采集端、第二影像采集端和第三影像采集端在图像拍摄时的拍摄姿态数据和三者的相对位置信息，然后将其与生成的图像数据进行信息关联，生成图像数据组。
[0012]作为一种较优的实施选择，优选的，本方案S05中，第一影像采集端、第二影像采集端和第三影像采集端拍摄图像数据时的姿态数据包括第一影像采集端、第二影像采集端和
第三影像采集端在拍摄图像数据时的朝向、镜头俯仰角。
[0013]作为一种较优的实施选择，优选的，本方案S05包括：S051、获取图像数据组；S052、建立虚拟三维坐标系，根据第一影像采集端、第二影像采集端和第三影像采集端的相对位置信息在虚拟三维坐标系中建立与其一一对应的虚拟点位；S053、以第一影像采集端、第二影像采集端和第三影像采集端对应的虚拟点位为起始点，再根据第一影像采集端、第二影像采集端和第三影像采集端拍摄图像数据时的朝向、镜头俯仰角，建立三条虚拟射线，该三条虚拟射线交于一点，完成主参考点在虚拟三维坐标系中的位置确定，当拍摄图像中特征点的数量大于1个时，进入S54，否则进入S55；S054、在第一影像采集端、第二影像采集端和第三影像采集端对应的拍摄图像中，分别建立主参考点至其他特征点的位移向量，且根据位移向量获取第一影像采集端、第二影像采集端和第三影像采集端在主参考点位于其拍摄图像中心时，仅改变拍摄俯仰角和朝向，将其他特征点移动至拍摄图像中心所需的参数，并基于该参数在虚拟三维坐标系中建立虚拟射线，完成其他特征点在虚拟三维坐标系中的位置确定；其中，不同影像采集端针对同一特征点在虚拟三维坐标系中所建立的虚拟射线交于一点；S055、根据特征点在虚拟三维坐标系中的位置确定信息，获得特征点与第一影像采集端、第二影像采集端和第三影像采集端在虚拟三维坐标系中的位置关系，进而根据第一影像采集端、第二影像采集端和第三影像采集端在布设场地的相对位置信息，获得目标元素在天空中的位置信息。
[0014]作为一种较优的实施选择，优选的，本方案S07包括：根据不同时间节点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风场测量方法，其特征在于，其包括：S01、第一影像采集端按预设条件对天空预设区域进行影像采集，生成影像数据；S02、获取影像数据，对影像数据中的元素进行定位和提取，然后按预设条件对所提取的元素进行判断，再将符合预设判断要求的元素进行输出；S03、响应所输出元素的选定反馈，将所选定的元素设为目标元素，然后启动第二影像采集端和第三影像采集端连同第一影像采集端以不同的摄取角度对目标元素进行拍摄画面捕捉；S04、调整拍摄角度和拍摄焦距，令目标元素位于拍摄画面中部，然后按预设频率进行图像拍摄，同时，还同步记录拍摄时间节点，以及第一影像采集端、第二影像采集端和第三影像采集端在图像拍摄时的拍摄姿态数据和三者的相对位置信息，然后将其与生成的图像数据进行信息关联，生成图像数据组；S05、获取图像数据组，建立虚拟三维坐标系，根据第一影像采集端、第二影像采集端和第三影像采集端的相对位置信息和拍摄图像数据时的姿态数据以及图像数据进行还原拍摄时间节点下目标元素在天空中的位置信息；S06、重复步骤S04～S05预设次数，获得不同时间节点目标元素的位置信息；S07、根据不同时间节点下，目标元素的位置信息三维坐标变化情况，获得目标元素的移动轨迹，然后根据目标元素的移动轨迹进行反演该目标元素所在区域的风场，进而获得风场信息和输出，完成风场测量。2.如权利要求1所述的风场测量方法，其特征在于，S01中，第一影像采集端以单点或多点对焦的方式对天空预设区域进行影像采集；且所采集的影像数据中加入有时间线标签，以令影像数据与其获取的时间对应；所述第一影像采集端的镜头上还设置有偏振镜，所述偏振镜用于过滤拍摄环境中的杂散光。3.如权利要求1或2所述的风场测量方法，其特征在于，S02包括：S021、获取影像数据，将其按预设时间间隔分割为多个图像帧，然后对图像帧中的元素进行定位和提取；S022、通过经训练的检测神经网络对所提取的元素进行判断，输出判断结果，当判断结果指向为天空区域具有符合预设要求范围的元素时，对第一影像采集端输出第一指令，以令其以第一帧率和/或第一清晰度参数进行影像采集，同时将符合预设要求的元素输出；当判断结果指向为天空区域中无符合预设要求范围的元素时，对第一影像采集端输出第二指令，以令其以第二帧率和/或第二清晰度参数进行影像采集；其中，第一帧率对应的采集帧率大于第二帧率的采集帧率；以第一清晰度参数所采集的影像对应的分辨率大于第二清晰度参数所采集的影像对应的分辨率。4.如权利要求3所述的风场测量方法，其特征在于，S021中，所提取的元素对应的定位轮廓不与图像帧的边缘相交，且所提取元素的面积为图像帧面积的15%～30%；S022中，符合预设要求范围的元素包括云朵和树叶。5.如权利要求4所述的风场测量方法，其特征在于，S04包括：
S041、实时获取第一影像采集端、第二影像采集端和第三影像采集端所捕捉拍摄的天空画面；S042、在第一影像采集端、第二影像采集端和第三影像采集端所捕捉拍摄的天空画面中对目标元素进行定位，然后进行择一且按预设条件在目标元素上选取一个以上特征点，并对特征点进行编号，继而在另外两个影像采集端的天空画面中进行对应标识特征点和编号；S043、将其中一特征点设为主参考点，实时调整拍摄角度和拍摄焦距，令目标元素位于拍摄画面中部区域且维持作为主参考点的特征点位于拍摄画面中心，然后按预设频率进行图像拍摄，同时，还同步记录拍摄时间节点，以及第一影像采集端、第二影像采集端和第三影像采集端在图像拍摄时的拍摄姿态数据和三者的相对位置信息，然后将其与生成的图像数据进行信息关联，生成图像数据组。6.如权利要求5所述的风场测量方法，其特征在于，S05中，第一影像采集端、第二影像采集端和第三影像采集端拍摄图像数据时的姿态数据包括第一影像采集端、第二影像采集端和第三影像采集端在拍摄图像数据时的朝向、镜头俯仰角。7.如权利要求6所述的风场测量方法，其特征在于，S05包括：S051、获取图像数据组；S052、建立虚拟三维坐标系，根据第一影像采集端、第二影像采集端和第三影像采集...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛林，蔡福海，顾诚，邵佳辉，黄申东，
申请(专利权)人：江苏省特种设备安全监督检验研究院，
类型：发明
国别省市：