本發(fā)明涉及氣象探測(cè)領(lǐng)域，特別是涉及一種能見(jiàn)度觀測(cè)方法。

背景技術(shù)：

大氣能見(jiàn)度作為一個(gè)重要的氣象觀測(cè)因素，用于了解大氣穩(wěn)定性，判斷氣團(tuán)性質(zhì)。其觀測(cè)不僅應(yīng)用于氣象部門的天氣分析，更廣泛地應(yīng)用于航空、航海、路上交通、軍事及環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，是影響航空、航海、路上交通以及軍事活動(dòng)等的重要因素之一。低能見(jiàn)度的天氣經(jīng)常造成交通堵塞、航班延誤，甚至是封路、停航。準(zhǔn)確及時(shí)地觀測(cè)能見(jiàn)度，并在低能見(jiàn)度情況下及時(shí)做出相應(yīng)的預(yù)警反應(yīng)對(duì)各領(lǐng)域來(lái)說(shuō)都具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

氣象能見(jiàn)度用光學(xué)視程表示。在《中華人民共和國(guó)氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)氣象能見(jiàn)度的定義為：白天指視力正常(對(duì)比閾值為0.05)的人，在當(dāng)時(shí)的天氣條件下，能夠從天空背景中看到和辨認(rèn)的目標(biāo)物(黑色、大小適度)的最大水平距離；夜間指中等強(qiáng)度的發(fā)光體能被看到和識(shí)別的最大水平距離。

常用的能見(jiàn)度觀測(cè)方法包括目測(cè)法和器測(cè)法。目前，目測(cè)法還是大部分臺(tái)站仍然在采用的觀測(cè)方式。其主觀性強(qiáng)、規(guī)范性差，嚴(yán)重制約氣象觀測(cè)的全面自動(dòng)化發(fā)展。器測(cè)法當(dāng)前主要使用透射儀和前向散射儀等，但存在設(shè)備造價(jià)高、調(diào)試復(fù)雜、采樣范圍小等問(wèn)題，難以實(shí)現(xiàn)大氣能見(jiàn)度的全方位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能見(jiàn)度觀測(cè)方法，不需單獨(dú)架設(shè)人工目標(biāo)物，充分利用數(shù)字圖像的亮度、顏色和對(duì)比度等光學(xué)信息對(duì)圖像進(jìn)行分析處理，獲取大氣能見(jiàn)度信息。

特別地，本發(fā)明提供一種能見(jiàn)度觀測(cè)方法，包括以下步驟：

s101、圖像獲取，用于獲取預(yù)定角度范圍內(nèi)的含有地物及地物附近天空背景的數(shù)字圖像；

s102、數(shù)字圖像處理，用于將所述數(shù)字圖像處理為暗通道圖像；

s103、圖像透射率分布計(jì)算，用于計(jì)算并獲得透射率分布圖；

s104、透射率分布圖處理，用于獲得精細(xì)化的透射率分布圖；

s105、計(jì)算能見(jiàn)度，通過(guò)圖像能見(jiàn)度觀測(cè)模型計(jì)算獲得能見(jiàn)度。

進(jìn)一步地，s101中所述數(shù)字圖像為全視野數(shù)字圖像。

進(jìn)一步地，所述數(shù)字圖像為所述全視野數(shù)字圖像經(jīng)去除天空背景信息及外圍無(wú)效信息后獲得的保留有地物及地物附近的天空背景的數(shù)字圖像。

進(jìn)一步地，所述全視野數(shù)字圖像采用魚(yú)眼鏡頭攝取。

進(jìn)一步地，s101中所述數(shù)字圖像為預(yù)定角度的水平視野范圍內(nèi)地物及地物附近天空背景的圖像。

進(jìn)一步地，所述預(yù)定角度為0-360°。

進(jìn)一步地，所述預(yù)定角度為360°。

進(jìn)一步地，s103中所述圖像透射率分布計(jì)算是利用圖像退化成像模型及暗通道圖像的關(guān)系計(jì)算。

進(jìn)一步地，所述圖像退化成像模型表示為如下方程：

I(x)＝J(x)t(x)+A(1-t(x))

其中，I(x)為直接獲取的實(shí)際圖像，J(x)為無(wú)霧圖像，t(x)為透射率，A為大氣環(huán)境光線成分，由數(shù)字圖像點(diǎn)x處某一鄰域內(nèi)的亮度最大值決定，I(x)、J(x)均為三通道數(shù)字圖像。

進(jìn)一步地，所述透射率的計(jì)算公式為：

其中t(x)為透射率，y為以圖像上某一點(diǎn)x為中心的某一鄰域ω(x)內(nèi)的任意一點(diǎn)，I(y)為該點(diǎn)的暗通道數(shù)值，A為大氣環(huán)境光線成分，由數(shù)字圖像點(diǎn)x處某一鄰域內(nèi)的亮度最大值決定，是已知值。

進(jìn)一步地，s104中所述透射率分布圖處理為對(duì)所述透射率分布圖進(jìn)行精細(xì)化處理，得到精細(xì)化的圖像透射率分布圖。

進(jìn)一步地，所述精細(xì)化處理包括濾波處理，以用于去除圖像噪聲、平滑圖像、保留邊緣信息。

進(jìn)一步地，s105中所述圖像能見(jiàn)度觀測(cè)模型為利用所述透射率分布圖中地物附近的數(shù)字圖像亮度均值與前向散射儀對(duì)應(yīng)時(shí)刻的能見(jiàn)度數(shù)值進(jìn)行曲線擬合所獲得的數(shù)字圖像透射率分布圖亮度均值與大氣水平能見(jiàn)度間的關(guān)系。

優(yōu)選地，所述圖像能見(jiàn)度觀測(cè)模型用如下多項(xiàng)式表示：

V(t)＝a₁T(t)⁴+a₂T(t)³+a₃T(t)²+a₄T(t)+a₅

其中t為觀測(cè)時(shí)刻，T(t)為圖像透射率分布圖亮度均值，V(t)為大氣能見(jiàn)度數(shù)值，a₁-a₅為多項(xiàng)式系數(shù)。

本發(fā)明提供的能見(jiàn)度觀測(cè)方法，利用所述數(shù)字圖像的亮度、顏色和對(duì)比度等光學(xué)信息對(duì)圖像進(jìn)行分析處理，以獲得對(duì)應(yīng)的大氣能見(jiàn)度信息。

本發(fā)明提供的能見(jiàn)度觀測(cè)方法，只需對(duì)所拍攝的數(shù)字圖像進(jìn)行處理，得出數(shù)字圖像的透射率分布圖，利用透射率分布圖的亮度均值代入圖像能見(jiàn)度觀測(cè)模型得出該數(shù)字圖像拍攝時(shí)刻對(duì)應(yīng)的大氣能見(jiàn)度信息。本發(fā)明的觀測(cè)模型建立后，無(wú)需使用人工設(shè)定的目標(biāo)物或固定拍攝某個(gè)特定建筑物，只需利用數(shù)字圖像的亮度、顏色和對(duì)比度等光學(xué)信息對(duì)圖像進(jìn)行分析處理，方法易于實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明提供的能見(jiàn)度觀測(cè)方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：1、能夠?qū)D像的大氣能見(jiàn)度進(jìn)行觀測(cè)，得到光學(xué)視程距離；2、能夠?qū)⒂^測(cè)范圍內(nèi)的大氣能見(jiàn)度情況直觀地反映于觀測(cè)區(qū)域的數(shù)字圖像上；3、無(wú)需使用人工設(shè)定的目標(biāo)物或固定拍攝某個(gè)特定建筑物，使用方便，具有較低的成本。

附圖說(shuō)明

后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細(xì)描述本發(fā)明的一些具體實(shí)施例。附圖中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示了相同或類似的部件或部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種能見(jiàn)度觀測(cè)方法的流程示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種能見(jiàn)度觀測(cè)方法的具體的流程示意圖；

圖3a是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為3km時(shí)獲取的全視野數(shù)字圖像；

圖3b是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為12km時(shí)獲取的全視野數(shù)字圖像；

圖3c是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為30km時(shí)獲取的全視野數(shù)字圖像；

圖4a是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為3km時(shí)的數(shù)字圖像預(yù)處理后的圖像；

圖4b是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為12km時(shí)的數(shù)字圖像預(yù)處理后的圖像；

圖4c是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為30km時(shí)的數(shù)字圖像預(yù)處理后的圖像；

圖5a是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為3km時(shí)的數(shù)字圖像處理后的暗通道圖像；

圖5b是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為12km時(shí)的數(shù)字圖像處理后的暗通道圖像；

圖5c是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為30km時(shí)的數(shù)字圖像處理后的暗通道圖像；

圖6a是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為3km時(shí)的透射率分布計(jì)算后獲得的透射率分布圖；

圖6b是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為12km時(shí)的透射率分布計(jì)算后獲得的透射率分布圖；

圖6c是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為30km時(shí)的透射率分布計(jì)算后獲得的透射率分布圖；

圖7a是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為3km時(shí)的精細(xì)化的透射率分布圖；

圖7b是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為12km時(shí)的精細(xì)化的透射率分布圖；

圖7c是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為30km時(shí)的精細(xì)化的透射率分布圖；

圖8是100幅數(shù)字圖像透射率分布圖亮度均值與同一時(shí)刻前向散射儀所測(cè)大氣水平能見(jiàn)度間的多項(xiàng)式擬合結(jié)果。

具體實(shí)施方式

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種能見(jiàn)度觀測(cè)方法的流程示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的一種能見(jiàn)度觀測(cè)方法，包括以下步驟：

s101、圖像獲取，用于獲取預(yù)定角度范圍內(nèi)的含有地物及地物附近天空背景的數(shù)字圖像；

s102、數(shù)字圖像處理，用于將所述數(shù)字圖像處理為暗通道圖像；

s103、圖像透射率分布計(jì)算，用于計(jì)算并獲得透射率分布圖；

s104、透射率分布圖處理，用于獲得精細(xì)化的透射率分布圖；

s105、計(jì)算能見(jiàn)度，通過(guò)圖像能見(jiàn)度觀測(cè)模型計(jì)算獲得能見(jiàn)度。

具體地，在步驟s101中，圖像獲取，所述數(shù)字圖像為全視野數(shù)字圖像經(jīng)去除天空背景信息及外圍無(wú)效信息后獲得的保留有地物及地物附近的天空背景的數(shù)字圖像。其主要是指利用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)獲取含有地物及天空背景的數(shù)字圖像，可以對(duì)數(shù)字圖像的視野范圍進(jìn)行調(diào)整。由于天空及云圖像的最暗通道較亮，會(huì)影響本能見(jiàn)度觀測(cè)方法對(duì)能見(jiàn)度觀測(cè)，因此本發(fā)明只利用含有地物及地物附近天空背景的圖像，需要去除原有數(shù)字圖像中的其余天空背景，只保留地物附近的圖像信息，從而提高觀測(cè)效果。

進(jìn)一步地，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述數(shù)字圖像為全視野數(shù)字圖像；所述全視野數(shù)字圖像采用魚(yú)眼鏡頭攝取。在進(jìn)行能見(jiàn)度觀測(cè)時(shí)，需要將全視野圖像從魚(yú)眼視角調(diào)整為一般視角，魚(yú)眼圖像的矯正采用最鄰近插值法。所述數(shù)字圖像為預(yù)定角度的水平視野范圍內(nèi)地物及地物附近天空背景的圖像，所述預(yù)定角度可以為0-360°；優(yōu)選地，所述預(yù)定角度為360°。采用360°全視野的數(shù)字圖像，能夠?qū)Υ蠓秶膮^(qū)域進(jìn)行觀測(cè)，采樣范圍大，不容易受景物變化的影響，能夠有效防止數(shù)字圖像中某些范圍的角度出現(xiàn)障礙物遮擋或者消除其他物體造成的影響能見(jiàn)度觀測(cè)的誤差，從而提高能見(jiàn)度觀測(cè)的準(zhǔn)確度。

在步驟s102中，數(shù)字圖像處理，是指從含有地物及天空背景的數(shù)字圖像中分離出最暗通道圖像。由于絕大多數(shù)戶外無(wú)霧圖像的局部區(qū)域內(nèi)存在一些像素滿足至少一個(gè)顏色通道的強(qiáng)度值接近于零，本發(fā)明對(duì)所得矯正后圖像的每個(gè)像素點(diǎn)取該像素點(diǎn)某一鄰域內(nèi)三個(gè)顏色通道強(qiáng)度的最低值，存入一幅與原圖大小一致的數(shù)字圖像內(nèi)，即為暗通道圖像，這樣使原有的紅、綠、藍(lán)三通道數(shù)字圖像變?yōu)榱藛瓮ǖ赖幕叶葓D像。

在步驟s103中，圖像透射率分布計(jì)算，主要指利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)和數(shù)字圖像處理中圖像退化成像模型及暗通道圖像的關(guān)系，初步得到圖像透射率分布。在計(jì)算機(jī)視覺(jué)中，圖像退化成像模型可被表示為如下方程：

I(x)＝J(x)t(x)+A(1-t(x))

其中I(x)為直接獲取的實(shí)際圖像，J(x)為無(wú)霧圖像，t(x)為透射率，A為大氣環(huán)境光線成分，由數(shù)字圖像點(diǎn)x處某一鄰域內(nèi)的亮度最大值決定，I(x)、J(x)均為三通道數(shù)字圖像。由于絕大多數(shù)戶外無(wú)霧圖像的局部區(qū)域內(nèi)存在一些像素滿足至少一個(gè)顏色通道的強(qiáng)度值很低，接近于0，因此可以對(duì)圖像退化成像模型方程兩側(cè)做獲取暗通道圖像計(jì)算，方程形式如下：

其中y為以圖像上某一點(diǎn)x為中心的某一鄰域ω(x)內(nèi)的任意一點(diǎn)，Jc(y),c^∈(r,g,b)表示一個(gè)顏色通道的亮度值。由上述可知，大多數(shù)戶外無(wú)霧圖像的局部區(qū)域內(nèi)存在一些像素滿足至少一個(gè)顏色通道的強(qiáng)度值很低，接近于0，因此J(x)的暗通道圖像接近于0，對(duì)方程進(jìn)行變形，可得出透射率t(x)的計(jì)算公式：

其中y為以圖像上某一點(diǎn)x為中心的某一鄰域ω(x)內(nèi)的任意一點(diǎn)，I(y)為該點(diǎn)的暗通道數(shù)值，A為大氣環(huán)境光線成分，由數(shù)字圖像點(diǎn)x處某一鄰域內(nèi)的亮度最大值決定，是已知值。將求出的透射率t(x)按原圖像中的位置存入一幅與原圖大小一致的數(shù)字圖像內(nèi)，即為透射率分布圖。

在步驟s104中，透射率分布圖處理，是指為了使初步計(jì)算出粗糙的透射率分布圖更精細(xì)，使用雙邊濾波器對(duì)得出的透射率分布圖進(jìn)行精細(xì)化處理，得出精細(xì)化的圖像透射率分布圖。優(yōu)選地，所述精細(xì)化處理的方法包括對(duì)得出的透射率分布圖進(jìn)行濾波處理，以用于去除圖像噪聲，平滑圖像，保留邊緣信息。精細(xì)化處理后的透射率分布圖更好地保留了原圖中的景物輪廓，可將觀測(cè)區(qū)域的大氣能見(jiàn)度情況直觀地反映于數(shù)字圖像上。并且精細(xì)化透射率分布圖的亮度均值能更真實(shí)地反映出觀測(cè)區(qū)域的大氣透光情況，使后續(xù)與前向散射儀歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合的結(jié)果更為準(zhǔn)確。

在步驟s105中，計(jì)算能見(jiàn)度，是指將觀測(cè)圖像的透射率分布圖亮度均值輸入圖像能見(jiàn)度觀測(cè)模型對(duì)大氣能見(jiàn)度進(jìn)行計(jì)算，得到的結(jié)果即為圖像拍攝時(shí)刻的大氣能見(jiàn)度數(shù)值。

進(jìn)一步地，所述圖像能見(jiàn)度觀測(cè)模型是指將獲得的樣本圖像經(jīng)上述處理后，利用所得透射率分布圖中地物附近的數(shù)字圖像亮度均值與前向散射儀對(duì)應(yīng)時(shí)刻的能見(jiàn)度數(shù)值進(jìn)行曲線擬合，得出數(shù)字圖像透射率分布圖亮度均值與大氣水平能見(jiàn)度間的關(guān)系，即圖像能見(jiàn)度觀測(cè)模型，用多項(xiàng)式表示，優(yōu)選地使用四階多項(xiàng)式表示：

V(t)＝a1T(t)⁴+a2T(t)³+a3T(t)²+a4T(t)+a5

其中t為觀測(cè)時(shí)刻，T(t)為圖像透射率分布圖亮度均值，V(t)為大氣能見(jiàn)度數(shù)值，a1-a5為多項(xiàng)式系數(shù)。所述圖像能見(jiàn)度觀測(cè)模型也可以利用大量歷史數(shù)字圖像的透射率分布圖亮度均值信息與同一時(shí)刻前向散射儀的歷史能見(jiàn)度測(cè)量值進(jìn)行擬合獲得。當(dāng)然地，所述圖像能見(jiàn)度觀測(cè)模型也可以用其他關(guān)系式，如三階多項(xiàng)式、五階多項(xiàng)式或者等進(jìn)行擬合。

本發(fā)明的能見(jiàn)度觀測(cè)方法利用所述數(shù)字圖像的亮度、顏色和對(duì)比度等光學(xué)信息對(duì)圖像進(jìn)行分析處理，以獲得對(duì)應(yīng)的大氣能見(jiàn)度信息。本發(fā)明的能見(jiàn)度觀測(cè)方法能夠在自動(dòng)獲取全視野數(shù)字圖像的情況下對(duì)大氣能見(jiàn)度進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)，獲取大氣能見(jiàn)度數(shù)值并能夠通過(guò)透射率分布圖將觀測(cè)區(qū)域的大氣能見(jiàn)度情況直觀地反映于該區(qū)域的全視野圖像上。

在一個(gè)具體的實(shí)施方式中，以對(duì)三幅不同能見(jiàn)度的數(shù)字圖像進(jìn)行能見(jiàn)度觀測(cè)實(shí)例中，如圖2至圖8所示。

圖2為是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種能見(jiàn)度觀測(cè)方法的具體的流程示意圖。如圖2所示，步驟s101中，圖像獲取包括全視野數(shù)字圖像及歷史能見(jiàn)度資料的獲取步驟和數(shù)字圖像預(yù)處理步驟。其中，全視野數(shù)字圖像及歷史能見(jiàn)度資料的獲取步驟，主要指利用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)獲取含有地物及天空背景的全視野數(shù)字圖像，根據(jù)能見(jiàn)度歷史記錄對(duì)這些圖像進(jìn)行人工分類，挑出典型圖像作為圖像集。挑選與數(shù)字圖像拍攝時(shí)刻相同的前向散射儀能見(jiàn)度數(shù)據(jù)作為能見(jiàn)度歷史數(shù)據(jù)集。數(shù)字圖像預(yù)處理步驟是指對(duì)全視野數(shù)字圖像的視野范圍進(jìn)行調(diào)整。由于天空及云圖像的最暗通道較亮，會(huì)影響本方法對(duì)能見(jiàn)度觀測(cè)，因此本發(fā)明只利用含有地物及地物附近天空背景的圖像，需要去除原有全視野圖像中的其余天空背景，只保留地物附近的圖像信息，從而提高觀測(cè)效果。另外，在進(jìn)行能見(jiàn)度觀測(cè)時(shí)，需要將全視野圖像從魚(yú)眼視角調(diào)整為一般視角，魚(yú)眼圖像的矯正采用最鄰近插值法。步驟s105中，計(jì)算能見(jiàn)度還包括利用所得透射率分布圖中地物附近的數(shù)字圖像亮度均值與前向散射儀對(duì)應(yīng)時(shí)刻的能見(jiàn)度數(shù)值進(jìn)行曲線擬合，得出數(shù)字圖像透射率分布圖亮度均值與大氣水平能見(jiàn)度間的關(guān)系，即圖像能見(jiàn)度觀測(cè)模型。然后將觀測(cè)圖像的透射率分布圖亮度均值輸入圖像能見(jiàn)度觀測(cè)模型對(duì)大氣能見(jiàn)度進(jìn)行計(jì)算，得到的結(jié)果即為圖像拍攝時(shí)刻的大氣能見(jiàn)度數(shù)值。

圖3a是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為3km時(shí)獲取的全視野數(shù)字圖像；圖3b是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為12km時(shí)獲取的全視野數(shù)字圖像；圖3c是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為30km時(shí)獲取的全視野數(shù)字圖像。如圖3a-圖3c所示，首先通過(guò)攝像設(shè)備獲取全視野數(shù)字圖像，攝像設(shè)備由數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和安裝在其上的視角超過(guò)180°的魚(yú)眼鏡頭構(gòu)成。數(shù)字?jǐn)z像機(jī)成像面應(yīng)水平安置，鏡頭朝上，使鏡頭光軸正對(duì)天頂進(jìn)行拍攝，實(shí)現(xiàn)對(duì)相機(jī)安置處的全部視野進(jìn)行成像。在一個(gè)具體的實(shí)施方式中采用裝備有魚(yú)眼鏡頭的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)拍攝全視野數(shù)字圖像，通過(guò)網(wǎng)線將數(shù)字圖像傳送至計(jì)算機(jī)，獲取的圖像如圖3a-圖3c所示。

圖4a是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為3km時(shí)的數(shù)字圖像預(yù)處理后的圖像；圖4b是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為12km時(shí)的數(shù)字圖像預(yù)處理后的圖像；圖4c是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為30km時(shí)的數(shù)字圖像預(yù)處理后的圖像。如圖4a-圖4c所述，將獲取到的全視野圖像經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理手段進(jìn)行矯正，在一個(gè)具體的實(shí)施方式中采用140萬(wàn)像素的彩色數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，原始圖像像素為1392*1040。經(jīng)最鄰近插值法矯正后，圖像去除大量天空背景信息及外圍無(wú)效信息，保留的圖像信息如圖圖4a-圖4c中所示兩道綠色圓環(huán)之間的圖像區(qū)域。矯正后取得一幅以觀測(cè)點(diǎn)為中心，包含360°水平視野范圍內(nèi)地面建筑物及地物附近天空背景的圖像。

圖5a是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為3km時(shí)的數(shù)字圖像處理后的暗通道圖像；圖5b是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為12km時(shí)的數(shù)字圖像處理后的暗通道圖像；圖5c是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為30km時(shí)的數(shù)字圖像處理后的暗通道圖像。如圖5a-圖5c所示，利用矯正后的數(shù)字圖像取每個(gè)像素點(diǎn)處某一鄰域內(nèi)三色通道強(qiáng)度最低值，存入一幅與原圖大小一致的數(shù)字圖像內(nèi)，將三通道數(shù)字圖像轉(zhuǎn)為單通道灰度圖像，即得到全視野圖像的暗通道圖像。

圖6a是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為3km時(shí)的透射率分布計(jì)算后獲得的透射率分布圖；圖6b是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為12km時(shí)的透射率分布計(jì)算后獲得的透射率分布圖；圖6c是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為30km時(shí)的透射率分布計(jì)算后獲得的透射率分布圖。如圖6a-圖6c所示，得出全視野圖像的暗通道圖像后，可利用推導(dǎo)變形后的圖像物理模型方程逐一對(duì)某一像素鄰域內(nèi)的暗通道圖像進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)計(jì)算可得到全視野數(shù)字圖像某一像素局部圖像區(qū)域的透射率，將求出的透射率按該像素在原圖像中的位置存入一幅與原圖大小一致的數(shù)字圖像內(nèi)，即為全視野數(shù)字圖像的透射率分布圖。

圖7a是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為3km時(shí)的精細(xì)化的透射率分布圖；圖7b是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為12km時(shí)的精細(xì)化的透射率分布圖；圖7c是圖2所示的能見(jiàn)度觀測(cè)方法的大氣能見(jiàn)度為30km時(shí)的精細(xì)化的透射率分布圖。如圖7a-圖7c所示，將得出的全視野數(shù)字圖像透射率分布圖經(jīng)雙邊濾波器濾波，除去噪聲、平滑圖像、保留圖像邊緣輪廓，可得精細(xì)化的透射率分布圖。

圖8是100幅數(shù)字圖像透射率分布圖亮度均值與同一時(shí)刻前向散射儀所測(cè)大氣水平能見(jiàn)度間的多項(xiàng)式擬合結(jié)果。如圖8所示，利用大量歷史數(shù)字圖像的透射率分布圖亮度均值信息與同一時(shí)刻前向散射儀的歷史能見(jiàn)度測(cè)量值進(jìn)行擬合，獲得圖像能見(jiàn)度觀測(cè)模型：

V(t)＝72.91*T(t)⁴-88.22*T(t)³+68.73*T(t)²-7.32*T(t)+0.28

其中t為觀測(cè)時(shí)刻，V(t)為大氣能見(jiàn)度數(shù)值，T(t)為圖像透射率分布圖亮度均值。擬合結(jié)果如圖8所示，*狀點(diǎn)為試驗(yàn)樣本點(diǎn)，黑色曲線為擬合曲線。

得到全視野圖像能見(jiàn)度觀測(cè)模型后，即可對(duì)該觀測(cè)點(diǎn)處的大氣能見(jiàn)度進(jìn)行觀測(cè)。觀測(cè)過(guò)程中，每一觀測(cè)時(shí)刻攝像設(shè)備所獲取的全視野數(shù)字圖像需經(jīng)過(guò)“數(shù)字圖像處理步驟”、“暗通道圖像提取步驟”、“圖像透射率分布計(jì)算步驟”、“透射率分布圖精細(xì)化處理步驟”的計(jì)算機(jī)處理，將所得精細(xì)化全視野圖像透射率分布圖的亮度均值信息輸入觀測(cè)模型，便可獲得該觀測(cè)時(shí)刻的大氣能見(jiàn)度數(shù)值。利用圖像能見(jiàn)度觀測(cè)模型對(duì)實(shí)例中的三幅圖像進(jìn)行能見(jiàn)度觀測(cè)，得到結(jié)果分別為：圖1為2.5km，圖2為13.6km，圖3為28.7km。

本發(fā)明的能見(jiàn)度觀測(cè)方法，利用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)獲取含有地物及天空背景的全視野圖像，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)所獲取的圖像進(jìn)行分析處理，并與能見(jiàn)度歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合建立觀測(cè)模型。本發(fā)明在進(jìn)行圖像能見(jiàn)度觀測(cè)時(shí)，只需對(duì)所拍攝的數(shù)字圖像進(jìn)行處理，得出數(shù)字圖像的透射率分布圖，利用透射率分布圖的亮度均值代入圖像能見(jiàn)度觀測(cè)模型得出該數(shù)字圖像拍攝時(shí)刻對(duì)應(yīng)的大氣能見(jiàn)度信息。本發(fā)明的觀測(cè)模型建立后，無(wú)需使用人工設(shè)定的目標(biāo)物或固定拍攝某個(gè)特定建筑物，只需利用數(shù)字圖像的亮度、顏色和對(duì)比度等光學(xué)信息對(duì)圖像進(jìn)行分析處理，方法易于實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明的能見(jiàn)度觀測(cè)方法，根據(jù)暗通道先驗(yàn)知識(shí)獲得目標(biāo)物到攝像點(diǎn)的透射率，結(jié)合歷史能見(jiàn)度數(shù)據(jù)，從而求得大氣能見(jiàn)度值。本發(fā)明采用數(shù)字?jǐn)z像法，成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用范圍廣。

本發(fā)明的能見(jiàn)度觀測(cè)方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：1、能夠?qū)D像的大氣能見(jiàn)度進(jìn)行觀測(cè)，得到光學(xué)視程距離；2、能夠?qū)⒂^測(cè)范圍內(nèi)的大氣能見(jiàn)度情況直觀地反映于觀測(cè)區(qū)域的數(shù)字圖像上；3、無(wú)需使用人工設(shè)定的目標(biāo)物或固定拍攝某個(gè)特定建筑物，使用方便，具有較低的成本。

至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，但是，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合本發(fā)明原理的許多其他變型或修改。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)被理解和認(rèn)定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。