雲高自動觀測方法及其裝置的製作方法
2023-05-30 17:59:11
專利名稱：雲高自動觀測方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種雲高的測量方法，以及雲高測量裝置。
背景技術：
雲高是指雲底到地面的垂直距離。雲高的測量對於航空航天領域具有重要意義，是航天 器升空的重要參考數據。傳統的雲高測量裝置有雲幕燈、紅外測雲儀、雷射測雲儀等。其中 雲幕燈只能應用於夜間層狀雲層雲高的測量，局限性較大。雷射測雲儀的優點是準確度高， 使用快速便捷，缺點是成本較高，只能進行天空單點雲高測量。利用紅外測量雲高的方法是 採用紅外測量裝置對大氣紅外輻射進行測量，其測量方法較為複雜，且準確度難於把握，紅 外線測量裝置的成本同樣較高。
發明內容
本發明提供一種雲高自動觀測方法及其裝置，要解決以較低的成本、更簡單的方法測量 雲高的技術問題。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是 這種雲高自動觀測方法，其特徵在於有如下步驟
步驟l:將兩圖像採集器相隔一定距離設置，使圖像採集器一和圖像採集器二能拍攝到 雲同一區域的距離，並得到基線BC， B為圖像採集器一焦點，C為圖像採集器二焦點，兩圖像 採集器鏡頭垂直對天，圖像採集器成像平面長軸或短軸與基線平行；
步驟2:圖像採集器一和圖像採集器二同時拍攝雲的同一個區域，分別得到照片P1和照 片P2;
步驟3參見圖2所示假設在圖像採集器一和圖像採集器二共同拍攝區的雲底有一A點，
在照片P1和照片P2中分別找到A點在圖像採集器一和圖像採集器二所在焦平面的垂直投影 點D，分別測量D點和B點連線與基線BC的夾角ZDBC，以及D點和C點連線與基線BC的夾角Z DCB;
步驟4: A與圖像採集器1焦點B和圖像採集器2焦點C構成了三角形ABC， A的垂直投影點D 與B點和C點之間構成了三角形DBC，測得兩圖像採集器之間的距離BC，並從圖像採集器l和圖 像採集器2的照片上測出ZDBC和ZDCB，通過幾何公式計算出BD和CD;
步驟5:以直角三角形ABD為基準平面，找到A點在照片P1上的投影點D'，在圖像採集器1光軸上取E點，使AE平行BD， E點的像點E'至I」B點的距離，即焦距E'B已知，再從圖像採集器1的相片上測得D' E'，三角形ABD和三角形B D'E'為相似三角形，得到雲高AD二 BDXE'B /D' E'。
這種雲高自動觀測裝置，包括圖像採集器，其特徵在於該裝置由以下幾部分構成圖像採集器兩個圖像採集器為一組構成一採集單元；
採樣控制器分別與兩個圖像採集器連接，用於接收圖像處理器的命令，控制圖像採集器採集雲圖像和從雲圖像採集器中下載雲圖像，並向外傳送圖像，其中採樣控制器一連接於圖像採集器一與圖像處理器之間，採樣控制器二連接於圖像採集器二與圖像傳輸裝置之間；
圖像傳輸裝置連接於採樣控制器二和圖像處理器之間，用於傳輸採樣控制器二採集的雲圖到圖像處理器，並將圖像處理器的命令傳輸到圖像採集器二。
圖像處理器與採樣控制器一和圖像傳輸裝置連接，用於處理圖像，並自動完成測定雲的高度和水平位置。
上述圖像採集器可為一至兩組。
上述圖像採集器可以是可見光圖像採集器或是紅外成像裝置。
上述圖像傳輸裝置可以是半雙無線傳輸模塊。
上述圖像傳輸裝置可有兩個，相互之間採用天線聯接。
上述採樣控制器可由單板機和專用控制軟體構成。
上述圖像處理器可以為微型計算機。
本發明的有益效果如下
雲高自動觀測裝置是採用兩個圖像採集器相隔一定距離(基線)，兩個圖像採集器可相隔200米以上設置，由於雲底一般都在幾百米以上，兩相機相隔距離(基線)應儘可能大，大於200米有利於提高測量雲底高度的精度。兩相機同時拍攝同一雲，得到同一時刻兩張照片P1和P2 ，在兩張照片上找到雲的一個特徵點A在兩張照片上的像點A1和A2 ，分別在P1、P2上測量照片中心(圖像採集器光軸)到A1和A2的距離以及與基線的夾角，通過立體三角的原理計算A到地面的距離即雲高。應用本裝置的測量方法較為簡單，且測量結果準確。以較低的成本解決了雲高的測量問題。
雲高自動觀測裝置的圖像處理和採樣控制器通過立體幾何原理自動完成雲高和水平位置的測量。圖像處理和採樣控制器的命令通過圖像傳輸裝置傳輸到兩個雲圖像採集單元，按照預定的時間間隔，自動進行雲圖像採樣。該裝置具有結構簡單，所需成本較低的優點，雲高測量可自動完成，可應用於航空、航天、氣象等領域。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖1是實施例一步驟1和步驟2的示意圖。圖2是實施例一步驟3和步驟4的示意圖。圖3是實施例一步驟5的示意圖。圖4是雲高自動觀測裝置的原理示意圖。圖5是採樣控制器中專用控制軟體的控制流程圖。
附圖標記l一圖像採集器一、2 —圖像採集器二、 3 —雲底、4一成像平面、A:雲底一點、B:圖像採集器一的焦點、C:圖像採集器二的焦點、D: A點在圖像採集器一和圖像採集器二所在焦平面的垂直投影點、D' : A點在照片P1上的投影點，E:圖像採集
器l光軸上一點，使AE平行BD; E': E點在成像平面上所在點；
圖l中W為圖像採集器一和圖像採集器二共同成像範圍。
圖2中X、 Y、 Z為坐標軸。
具體實施例方式
實施例一，採用本發明的雲高測量方法有如下步驟
步驟l參見圖l所示將兩圖像採集器相隔一定距離設置，使圖像採集器l和圖像採集器2能拍攝到雲同一區域的距離，並得到基線BC， B為圖像採集器l焦點，C為圖像採集器2焦點，兩圖像採集器鏡頭垂直對天，圖像採集器成像平面長軸或短軸與基線平行；
步驟2:圖像採集器1和圖像採集器2同時拍攝雲的同一個區域，分別得到照片P1和照片
P2;
步驟3參見圖2所示假設在圖像採集器1和圖像採集器2共同拍攝區的雲底有一A點，在照片P1和照片P2中分別找到A點在圖像採集器1和圖像採集器2所在焦平面的垂直投影點D，分別測量D點和B點連線與基線BC的夾角ZDBC，以及D點和C點連線與基線BC的夾角ZDCB;
步驟4: A與圖像採集器1焦點B和圖像採集器2焦點C構成了三角形ABC， A的垂直投影點D與B點和C點之間構成了三角形DBC，測得兩圖像採集器之間的距離BC，並從圖像採集器l和圖像採集器2的照片上測出ZDBC和ZDCB，通過正弦定理和餘弦定理計算出BD和CD;
計算公式可為BD X COS (DBC) +DC X COS (DCB) =BC;
BD X sin(DBC)=DC X sin(DCB)。
參見圖3所示，步驟5:以直角三角形ABD為基準平面，找到A點在照片Pl上的投影點D'，在圖像採集器1光軸上取E點，使AE平行BD，E點的像點E'至I」B點的距離，即焦距E'B已知，再從圖像採集器1的相片上測得D' E，三角形ABD和三角形B D'E'為相似三角形，得到雲高AD二 BDX E'B /D' E'。
實現上述方法的雲高自動觀測裝置，由以下部件構成
圖像採集器兩個圖像採集器為一組構成一採集單元，圖像採集器可以是可見光圖像採集器。
採樣控制器分別與兩個圖像採集器連接，用於接收圖像處理器的命令，控制圖像採集
器採集雲圖像和從雲圖像採集器中下載雲圖像，並向外傳送圖像，其中採樣控制器一連接於
圖像採集器一與圖像處理器之間，採樣控制器二連接於圖像採集器二與圖像傳輸裝置之間；上述採樣控制器由單板機和專用控制軟體構成，專用控制軟體的控制流程圖參見圖5所示。單板機可採用Arm7。
圖像傳輸裝置連接於採樣控制器二和圖像處理器之間，可以是傳送速率115000波特以上的半雙工無線傳輸模塊。用於傳輸採樣控制器二採集的雲圖到圖像處理器，並將圖像處理器的命令傳輸到圖像採集器二。圖像傳輸裝置有兩個，相互之間採用天線聯接。
圖像處理器與採樣控制器一和圖像傳輸裝置連接，用於處理圖像，並自動完成測定雲的高度和水平位置。上述圖像處理器可為微型計算機。
實施例二與實施例一不同的是，上述兩圖像採集器鏡頭光軸還可水平平行設置，圖像採集器成像平面長軸或短軸與基線平行。
實施例三與實施例一不同的是，上述兩圖像採集器成像平面還可同時垂直一個平面，兩鏡頭光軸成一定交角。
權利要求
權利要求1一種雲高自動觀測方法，其特徵在於有如下步驟步驟1將兩圖像採集器相隔一定距離設置，使圖像採集器一(1)和圖像採集器二(2)能拍攝到雲同一區域的距離，並得到基線BC，B為圖像採集器一焦點，C為圖像採集器二焦點，兩圖像採集器鏡頭垂直對天，圖像採集器成像平面長軸或短軸與基線平行；步驟2圖像採集器一和圖像採集器二同時拍攝雲的同一個區域，分別得到照片P1和照片P2；步驟3參見圖2所示假設在圖像採集器一和圖像採集器二共同拍攝區的雲底有一A點，在照片P1和照片P2中分別找到A點在圖像採集器一和圖像採集器二所在焦平面的垂直投影點D，分別測量D點和B點連線與基線BC的夾角∠DBC，以及D點和C點連線與基線BC的夾角∠DCB；步驟4A與圖像採集器1焦點B和圖像採集器2焦點C構成了三角形ABC，A的垂直投影點D與B點和C點之間構成了三角形DBC，測得兩圖像採集器之間的距離BC，並從圖像採集器1和圖像採集器2的照片上測出∠DBC和∠DCB，通過幾何公式計算出BD和CD；步驟5以直角三角形ABD為基準平面，找到A點在照片P1上的投影點D』，在圖像採集器1光軸上取E點，使AE平行BD，E點的像點E』到B點的距離，即焦距E』B已知，再從圖像採集器1的相片上測得D』E』，三角形ABD和三角形B D』E』為相似三角形，得到雲高AD＝BD×E』B/D』E』。
2. 一種雲高自動觀測裝置，包括圖像採集器，其特徵在於該裝置由 以下幾部分構成圖像採集器兩個圖像採集器為一組構成一採集單元；採樣控制器分別與兩個圖像採集器連接，用於接收圖像處理器的命令，控制圖像採集 器採集雲圖像和從雲圖像採集器中下載雲圖像，並向外傳送圖像，其中採樣控制器一連接於 圖像採集器一與圖像處理器之間，採樣控制器二連接於圖像採集器二與圖像傳輸裝置之間；圖像傳輸裝置連接於採樣控制器二和圖像處理器之間，用於傳輸採樣控制器二採集 的雲圖到圖像處理器，並將圖像處理器的命令傳輸到圖像採集器二 ；圖像處理器與採樣控制器一和圖像傳輸裝置連接，用於處理圖像，並自動完成測定 雲的高度和水平位置。
3.根據權利要求2所述的雲高自動觀測裝置，其特徵在於上述圖像 採集器為一至兩組。
4.根據權利要求2所述的雲高自動觀測裝置，採集器是可見光圖像採集器或是紅外成像裝置。
5.根據權利要求2所述的雲高自動觀測裝置， 傳輸裝置是半雙無線傳輸模塊。
6.根據權利要求2所述的雲高自動觀測裝置， 傳輸裝置有兩個，相互之間採用天線聯接。
7.根據權利要求2所述的雲高自動觀測裝置， 控制器由單板機和專用控制軟體構成。
8.根據權利要求2所述的雲高自動觀測裝置， 處理器為微型計算機。其特徵在於上述圖像 其特徵在於上述圖像 其特徵在於上述圖像 其特徵在於上述採樣 其特徵在於上述圖像
全文摘要
一種雲高自動觀測方法及其裝置，該裝置包括圖像採集器兩個圖像採集器為一組構成一採集單元；採樣控制器分別發出雲圖像採樣命令到兩個圖像採集器；圖像傳輸裝置分別與兩個圖像採集器連接，用於傳輸圖像採集器採集的雲圖到圖像處理和採樣控制器，並將圖像處理和採樣控制器的命令傳輸到雲圖像採集單元；圖像處理器與圖像傳輸裝置連接，用於處理圖像，並自動完成測定雲的高度和水平位置。該裝置具有結構簡單，所需成本較低的優點，雲高測量可自動完成，可應用於航空、航天、氣象等領域。
文檔編號G01C11/08GK101545772SQ20091030197
公開日2009年9月30日 申請日期2009年4月29日 優先權日2009年4月29日
發明者馬舒慶 申請人:中國氣象局氣象探測中心