一種基於視頻的能見度檢測系統的製作方法
2024-01-25 02:40:15 1
專利名稱：一種基於視頻的能見度檢測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於視頻的能見度檢測系統。
背景技術：
能見度是一個複雜的心理一物理現象，主要受制於懸浮在大氣中的固體和液體微粒引起的大氣消光係數；消光主要由光的散射而非吸收所造成。其估計值依從於個人的 視覺和對可見的理解水平而變化，同時受光源特徵和透射因數的影響。因此，能見度的目測 估計值都是主觀的。目前，高速公路上的能見度檢測往往是通過氣象能見度檢測儀進行檢 測，其依據的原理正是通過測量懸浮在大氣中的固體和液體微粒引起的大氣消光係數，計 算得到測量點的能見度值。惡劣氣候經常影響高速公路的正常運營，如在大霧天氣下，司機的可視距離受到 嚴重限制，很容易產生交通事故。為了保證公眾駕車出行的安全，同時也是降低高速公路的 事故率，保證高速公路的暢通，高效運轉。高速公路管理單位需要知道公路上個路段的能見 度情況，評價行車的安全等級，實時通過高速公路上的告示板告知高速公路上駕車的司機， 提醒他們在一定安全的速度下行駛。甚至，在能見度極低的情況下，高速公路管理單位會將 高速公路關閉一段時間，待到能見度恢復到可安全行車的條件時，再重新開發高速公路。如 此，實時、準確、充分地獲取到高速公路的能見度情況就顯得尤為重要，也就提出了相應的 技術問題。顯然，目測的方法是有很大缺陷的，我們不可能在高速公路上每隔幾公裡就安排 一個能夠24小時工作的能見度檢測站。就幾百公裡、上千公裡的高速公路來說，那樣所要 耗費的人力、物力是無法想像的。而使用大氣透射儀、雷射能見度自動測量儀，檢測能見度 會省去人工成本。但大氣透射儀、雷射能見度自動測量儀高昂的價格及其不菲的維護費用， 對高速公路的長期運營來說仍然是很大的負擔。同時，大氣透射儀、雷射能見度自動測量儀 先天所具有的弱點是他們永遠只能以檢測地點的能見度情況去估計若干公裡外的能見度 情況，使他們無法避免空間誤差的產生。首先，氣象能見度檢測儀假設從檢測地點到有效檢測範圍內的大氣含量完全相 同，以檢測點的氣象情況估計若干公裡外的能見度情況，必然有較大空間誤差存在。其次，使用大氣透射儀、雷射能見度自動測量儀檢測能見度，雖會省去人工成本， 但大氣透射儀、雷射能見度自動測量儀高昂的價格及其不菲的維護費用，對高速公路的長 期運營來說仍然是很大的負擔。因此，我們提出了利用高速公路上現有的視頻採集設備檢測能見度的想法。該方 法更加客觀地評價能見度情況，提高能見度檢測的準確性。由於該方法無需在高速公路上 添加新設備，只是多安裝一套軟體，使高速公路在能見度檢測方面的運營成本與前二種相 比較，相當於零。能見度(VIS，Visibility)是反映大氣透明度的一個指標，航空界定義為具有正 常視力的人在當時的天氣條件下還能夠看清楚目標輪廓的最大距離。能見度和當時的天氣 情況密切相關。當出現降雨、霧、霾、沙塵暴等天氣過程時，大氣透明度較低，因此能見度較差。測量大氣能見度一般可用目測的方法，也可以使用大氣透射、雷射能見度自動測量以及 在本文中所提出的視頻檢測的方法測量能見度。能見度(Visibility)首先是為了氣象目的而定義的，通過人工觀測者定量估計 的量，以這種方式進行的觀測現正廣泛地採用。然而，能見度的估計受許多主觀的和物理的 因素的影響；基本的氣象量，即大氣透明度，可以客觀地測量，並用氣象光學視程(MOR)表
7J\ ο氣象光學視程(Meteorological optical range)是指由白 熾燈發出的色溫為 2700K的平行光束的光通量在大氣中削弱至初始值的5%所通過的路徑長度。該光通量採 用國際照明委員會(ICI)的光度測量發光度函數未確定。白天氣象能見度(Meteorological visibility by day)定義為相對於霧、天空 等散射光背景下觀測時，一個安置在地面附近的適當尺度的黑色目標物能被看到和辨認出 的最大距離。必須強調的是，採用的標準是辨認出目標物，而並非僅看到目標物卻不能辨認 出它是什麼。夜間氣象能見度(Meteorologicalvisibility at night)定義為(a)假想總體照明增加到正常白天的水平，適當尺度的黑色目標物能被看到和辨 認出的最大距離；或(b)中等強度的發光體能被看到和識別的最大距離。氣象能見度或氣象光學視程MOR用m或km表示。測量範圍隨應用而變化，對天氣 尺度要求，MOR的尺度從小於IOOrn到大於70km，而在其他應用時測量範圍可有相當的限制。 對民用航空來說，上限為10km。當應用於描述著陸和起飛條件的能見度較小情況下的跑道 視程的測量時，這個範圍還要進一步縮小。跑道視程僅要求在500m和1500m之間。對於其 他應用，諸如陸路或海上交通，按照測量的要求和位置有著不同的限度。能見度測量的誤差與能見度成比例增加，測量標度考慮到了這一點。反映在天氣 報告使用的電碼中通過用三種線性分段逐步降低解析度，即IOOrn到5000m，步長為100m，6 到30km，步長為1km，35km到70km，步長為5km。除了能見度低於900m外，這種標度可使報 告的能見度值比測量準確度更好。能見度是一個複雜的心理一物理現象，主要受制於懸浮在大氣中的固體和液體 微粒引起的大氣消光係數；消光主要由光的散射而非吸收所造成。其估計值依從於個人的 視覺和對可見的理解水平而變化，同時受光源特徵和透射因數的影響。因此，能見度的目測 估計值都是主觀的。能見度測量的基本方程是Bouguer-Lambert定律F = F0 ·(0-1)式中，F是在大氣中經過χ路徑長度接受的光通量，Ftl是在χ = 0時的光通量，ο 為消光係數。求導可得
Γ π-dF 1σ =-----------
F dx注意，此定律僅在單色光時有效，但可以作為一個好的近似值應用於光譜通量。透 射因數為
T = ~( 0-2 )MOR與代表大氣光學狀態的許多變量的數學關係可以從Bouguer-Lambert定律推 得出。根據方程(0-1)和(0-2)，有T = = e'm'( 0-3 )
F0若此定律應用於MOR定義的T = O. 05，則χ = P，T可寫成下列關係T = 0. 05 = e_op (0-4)因此，MOR對消光係數的數學關係為
1 ( 1 ^P = — ■ In —— 3/σ( 0-5 )
σ V0-05 J式中，In是底數為e的對數或自然對數。與由Bouguer-Lambert定律導出的方程
(0-3)、(0-5)聯立，得出下列方程 _2] /『―^此方程是採用透射表測量MOR的基本原理。白天氣象能見度。亮度對比為C = l^-
Lh這裡Lh是地平天空背景亮度，Lb是目標物亮度。地平天空背景亮度是由沿觀測者視線的大氣散射的空氣光產生的。必須注意的是，若目標物比地平天空背景暗，則C為負值，若目標物是黑色的(Lb =0)，則 C = -1。1924年，Koschmieder建立了遠處的觀測者在地平天空下看到的目標物的視亮度 對比(Cx)與其固有亮度對比(Ctl),即假想從很近處看到的地平天空下的目標物的亮度對比 之間的關係，此即其後變成眾所周知的Koschmieder定律。Koschmieder的關係式可寫成Cx = C0 · e-ox(0-6)當散射係數與方位角無關，且沿觀測者、目標物和地平天空之間的整個路徑上的 照度均勻時，此關係式成立。若黑色目標物針對地平天空可觀測到(Ctl = -I)且視亮度對比為-0.05，則方程 (0-6)可簡化為0. 05 =將這一結果與方程(0-4)相比較表明，在地平天空背景下，當一個黑色目標物的 視亮度對比值為0. 05時，該目標物即處於MOR(P)。夜間氣象能見度。夜間作為能見度標記的發光體能被看到的距離並非簡單地與 MOR相關。它不但取決於MOR和發光體光的強度，還取決於觀測者眼睛處從其他光源來的照度。
1876年，Allard提出了從已知強度的點光源發出的光的衰減定律，它是距離和消 光係數的函數，點光源的亮度由下式給出
[0048
權利要求
一種基於視頻的能見度檢測系統的實現方法，其特徵在於，本檢測方法的基本步驟如下第一步獲取一幀視頻圖像；第二步利用當前幀圖像計算圖像能見度評估值；第三步利用能見度參考值更新系統預存的參考值最大值Pmax和最小值Pmin；第四步利用參考值最大值Pmax和最小值Pmin計算能見度值。FSA00000143735800011.tif,FSA00000143735800012.tif
2.根據權利要求1所述的一種基於視頻的能見度檢測系統的實現方法，其特徵在於， 所述第一步採用通過視頻採集卡採集模擬視頻圖像、通過網絡接收遠端傳送過來的視頻 碼流進行解碼得到一幀視頻、通過硬體採集單元直接採集得到一幀視頻，三種方式的任意 一種或多種獲取視頻圖像。
3.根據權利要求1或2所述的一種基於視頻的能見度檢測系統，其特徵在於，所述檢測 系統包括前端攝像機、視頻採集設備、視頻分析模塊和參考結果輸出模塊，前端攝像機連接 到視頻採集設備，通過視頻採集設備將實時圖像傳送給視頻分析模塊，由視頻分析模塊進 行分析後得出的結果由參考結果輸出模塊輸出。
4.根據權利要求3所述的檢測系統，其特徵在於，還包括晝夜判定模塊，與視頻分析模 塊連接，所述晝夜判定模塊包括白天能見度檢測模塊和夜間能見度檢測模塊，其中晝夜判 定模塊可以根據圖像中全部或者局部的灰度值進行晝夜切換判定，即圖像亮度值大於特定 閾值則認為當前為白天，如果圖像亮度小於特定閾值則，認為當前為夜晚，此外也可以簡單 的根據時間進行切換。
5.根據權利要求3所述的檢測系統，在視頻採集設備與視頻分析模塊之間設有運動檢 測與運動目標跟蹤模塊，其根據運動目標平均跟蹤距離或者運動目標跟蹤消失點計算圖像 能見度評估值。
全文摘要
一種基於視頻的能見度檢測系統，其特徵在於，所述檢測系統包括前端攝像機、視頻採集設備、視頻分析模塊和參考結果輸出模塊，前端攝像機連接到視頻採集設備，通過視頻採集設備將實時圖像傳送給視頻分析模塊，由視頻分析模塊進行分析後得出的結果由參考結果輸出模塊輸出。本發明依據攝像機拍攝到的景物圖像在能見度高和能見度低時清晰度的差異來判斷當前時刻的能見度。其具有設備成本低、後期人工確認(直接利用能見度檢測視頻進行確認)方便、施工安裝方便、檢測精度高的特點。
文檔編號G01N21/49GK101936900SQ20101019918
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月12日 優先權日2010年6月12日
發明者吳柯維, 許松濤, 賈子傑, 魏周朝 申請人:北京中科卓視科技有限責任公司