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申请/专利权人：华南理工大学

摘要：本发明公开了基于可见光和红外合成图像的全天空成像仪及云量计算方法，全天空成像仪的球形外壳可同时绕竖直和水平中心轴旋转；在球形外壳最大水平截面的上下两端且位于球形外壳同一过球心的球形截面的表面上分别安装可见光相机和红外相机的镜头；控制单元分别与控制球形外壳在竖直和水平两个方向旋转的电机、数据传输单元、数据处理单元、可见光相机和红外相机连接，数据传输单元还分别连接数据处理单元、可见光相机和红外相机。本发明通过合成图像的方式获取可见光和红外双波段天空图像，使用红蓝比阈值和灰度阈值的图像处理方法实现了气象观测中云量数据的自动获取。特别适用于全天候24小时云量监测，具有成本低且计算准确的优点。

主权项：1.基于可见光和红外合成图像的全天空成像仪的云量计算方法，其特征在于包括如下步骤：1收集可见光和红外图像：控制单元通过控制球形外壳绕水平中心轴转动，至球形外壳内部相机镜头的法线方向与水平面之间的夹角为15°～30°时停止；然后控制球形外壳绕竖直中心轴每旋转10°～15°可见光相机和红外相机分别拍摄至少一张图像；再分别控制球形外壳内部相机镜头的法线方向与水平面呈30°～45°、45°～60°和60°～75°时，球形外壳绕竖直中心轴每旋转10°～15°可见光相机和红外相机分别拍摄至少一张图像；所得可见光图像保存为JPG格式，红外图像保存为TIFF格式；每间隔1-2小时，完成绕竖直中心轴旋转一周的拍摄；2天空图像合成：依次对所得图像进行图像预处理、图像配准和图像融合；图像预处理包括对可见光图像和红外图像依次进行噪声点的抑制和图像畸变矫正；图像配准采用基于区域的配准算法的逐一比较法分别对可见光图像和红外图像进行图像的匹配和对齐；图像融合是对图像配准后的可见光图像和红外图像使用加权平均算法进行融合；3可见光云量计算：将JPG格式的可见光全天空图像中的所有像素分为太阳圈像素SP和其他像素OP，计算太阳圈和其他区域图像中每个像素点i的红蓝像素比值RiBi；统计太阳圈像素点中红蓝比大于阈值0.7的个数NS，计算太阳圈云量CFs；统计其他区域像素点中红蓝比大于阈值0.7的个数No，计算其他区域云量CFo；若CFo0.5，天空为多云天，可见光总云量CF为： 若CFo0.5，天空为少云天，可见光总云量CF为： N为可见光所有像素点的个数；4红外云量计算：统计TIFF格式红外全天空图像中每个像素点的RGB值，将合成的红外全天空图像转化为灰度图Z： R、G、B分别为每个像素点的红色值、绿色值、蓝色值；通过灰度图Z使用最大类间方差法确定图像阈值ω，计算天空的红外云量HF： Ns为全天空红外图像所有像素点个数，Ni为红外像素值大于阈值ω的像素点个数；基于可见光和红外合成图像的全天空成像仪包括球形外壳、可见光相机、红外相机、控制单元、数据传输单元和数据处理单元；球形外壳可同时绕竖直和水平中心轴旋转；在球形外壳最大水平截面的上下两端且位于球形外壳同一过球心的球形截面的表面上分别安装可见光相机和红外相机的镜头，控制单元分别与控制球形外壳在竖直和水平两个方向旋转的电机、数据传输单元、数据处理单元、可见光相机和红外相机连接，数据传输单元还分别连接数据处理单元、可见光相机和红外相机。

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