全天候监测长江山区河段能见度的装置、系统和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供全天候监测长江山区河段能见度的系统，包括模式切换单元，用于根据控制电路的判断结果及当时的时间点切换白天或夜晚；图像能见度对比标准的标定单元；图片数据处理单元；目标区域识别单元；目标区域亮度对比度特征值提取单元；能见度计算单元；评价单元。本发明专利技术能够实现全天候的实时监测能见度，对于白天和夜间的两种监测方式可以自动切换，可以直接安装在航标船上，对雾情的监测更及时，接近航道中船舶的航行条件，测量的数据更准确更具实际意义；整套设备的成本较低，可以提高架设的密度，增大监测的范围，获得更多的能见度信息，使航道雾情监测更贴近实况。

【技术实现步骤摘要】
全天候监测长江山区河段能见度的装置、系统和方法
本专利技术属于监控领域，具体涉及一种全天候监测长江山区河段能见度的系统和方法。
技术介绍
在长江山区航道，受水体和特殊地形环境影响，江面上经常浓雾弥漫。最常见的是辐射雾，危害最大的是团雾，还有少量平流雾。团雾单体比较小，一般范围为数十米到数百米，团雾外视线良好，团雾内朦胧一片，能见度极低。由于团雾局地性、突发性强，会使船员措手不及，容易造成重大交通事故，对航船造成严重威胁。因此，在长江山区河段布设较高密度的能见度仪对于通航安全至关重要。目前使用的能见度仪有透射型能见度仪、散射型能见度仪、摄像型能见度仪和激光雷达。根据长江山区雾情特点，以及长江船舶航行特点，要求能见度仪针对1Km以下的低能见度监测具有较高精度。而且为了便于在长江边安装，要求仪器的体积小、低功耗，并且无辐射污染。另外，为了保证高密度组网，要求价格低廉。根据上述原则和能见度仪的原理，分析各种类型的能见度仪的优缺点，适用于长江山区航道专用的能见度仪器类型有：单光路前向散射能见度仪、摄像型能见度仪、后向散射能见度仪。采用摄像机测量能见度，作为自动监测方法，可以代替人眼的观测，将气象观测人员从长时间观测的疲劳中解脱出来，而且可以避免主观因素的影响。相对于其他自动检测仪器，比如透射型能见度仪、散射型能见度仪，摄像型能见度仪观测原理类似于人眼方式，测得的是综合能见度，更具实际意义。因为不要求高精度即可满足测量要求，可以使用低成本的普通日夜两用型摄像机。另外，数据处理设备可以采用已有设备，进一步降低成本。因此，相对于其他方案，低成本是该方案的突出特点之一，特别是可以大幅度降低高密度架设的成本。综上，如何利用该类型摄像机为长江航务部门提供实时的能见度信息，是该专利技术所要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种全天候监测长江山区河段能见度的系统和方法，利用低成本的普通日夜两用型摄像机，实现全天候的测量。本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种全天候监测长江山区河段能见度的装置，其特征在于：它包括在航标船上相对设置的日夜两用型摄像机和目标板，日夜两用型摄像机将采集到的包含目标板的图像传输给航标船自带的工控机，温湿度传感器采集实时的温度和湿度信息发送给所述的工控机；所述日夜两用型摄像机自带红外光源，镜头与CCD之间设有可移动的红外滤光镜和全光谱光学玻璃，红外滤光镜和全光谱光学玻璃的移入和移出通过摄像机控制电路控制，摄像机控制电路通过光敏传感器采集到的数据判断是白天还是夜晚，从而相应控制移入全光谱光学玻璃或红外滤光镜、以及关闭或打开红外光源，同时控制电路将判断结果发送至航标船自带的工控机；工控机依据白天或夜晚采用对应的标准进行数据处理、计算能见度。按上述装置，所述的目标板由黑白两色构成。按上述装置，所述的光敏传感器与摄像机控制电路之间设有延时电路。按上述装置，所述的工控机的输出端与显示屏和/或报警装置连接。按上述装置，所述的工控机与长江航务部门的监控中心通信。一种利用上述全天候监测长江山区河段能见度的装置实现的全天候监测长江山区河段能见度的系统，其特征在于：它包括：模式切换单元，用于根据控制电路的判断结果及当时的时间点切换白天或夜晚；图像能见度对比标准的标定单元，用于对于夜晚和白天两种模式，分别将能见度匹配日夜两用型摄像机测得的目标区域的亮度对比度，利用拟合的方法得到两者的函数关系；其中白天模式下采用可见光，夜晚模式下采用红外线；图片数据处理单元，用于将日夜两用型摄像机采集的图像保存为固定格式的图片，并顺序编号；目标区域识别单元，用于将处理好的固定格式的图片，利用图像分割法，得到目标板在图片中的区域，作为目标区域，计算目标区域的像素在整幅图像像素坐标系中的坐标范围；目标区域亮度对比度特征值提取单元，用于将目标区域分色块的亮度值转化为灰度值，并分别求取各色块灰度值的平均值，最终得到目标区域的亮度对比度；能见度计算单元，用于将得到的当前的目标区域的亮度对比度代入图像能见度对比标准中，计算得到当前的能见度值V；评价单元，用于利用D-S证据理论，将测得的能见度、当前的环境温度和当前的湿度分别作为证据，计算得到信任度最大的能见度分布区间。按上述系统，还包括报警单元，用于根据评价单元得到的能见度可信度最大的区间，根据长江航道部门制定的雾情划分标准，按照以下标准进行报警：当V>1000时，不做报警；当1000>V>500时，做中雾报警；当V<500时，做大雾报警。按上述系统，还包括能见度记录单元，用于将得到的能见度值根据图片的编号存入对应的数据库表的对应行中。一种利用上述全天候监测长江山区河段能见度的装置实现的全天候监测长江山区河段能见度的方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、根据控制电路的判断结果及当时的时间点切换白天或夜晚；S2、将日夜两用型摄像机采集的图像保存为固定格式的图片，并顺序编号；S3、将处理好的固定格式的图片，利用图像分割法，得到目标板在图片中的区域，作为目标区域，计算目标区域的像素在整幅图像像素坐标系中的坐标范围；S4、用于将目标区域分色块的亮度值转化为灰度值，并分别求取各色块灰度值的平均值，最终得到目标区域的亮度对比度；S5、将得到的当前的目标区域的亮度对比度代入图像能见度对比标准中，计算得到当前的能见度值V；对于夜晚和白天两种模式，分别将能见度匹配日夜两用型摄像机测得的目标区域的亮度对比度，利用拟合的方法得到两者的函数关系，构成所述的图像能见度对比标准；其中白天模式下采用可见光，夜晚模式下采用红外线；S6、利用D-S证据理论，将测得的能见度、当前的环境温度和当前的湿度分别作为证据，计算得到信任度最大的能见度分布区间。按上述方法，还包括S7、根据评价单元得到的能见度可信度最大的区间，根据长江航道部门制定的雾情划分标准，按照以下标准进行报警：当V>1000时，不做报警；当1000>V>500时，做中雾报警；当V<500时，做大雾报警。按上述方法，还包括S8、在白天模式下，周期性的打开红外光源，维持一段时间再关闭红外光源，此时间为预设值。本专利技术的有益效果为：1、利用低成本的日夜两用型摄像机进行改装，从而自动测量能见度，可以代替人眼的观测，将气象观测人员从长时间观测的疲劳中解脱出来，而且可以避免主观因素的影响；使用本专利技术装置、系统和方法，能够实现全天候的实时监测能见度，对于白天和夜间的两种监测方式可以自动切换，可以直接安装在航标船上，对雾情的监测更及时，接近航道中船舶的航行条件，测量的数据更准确更具实际意义；利用航标船自带的工控机进一步节约成本；整套设备的成本较低，可以提高架设的密度，增大监测的范围，获得更多的能见度信息，使航道雾情监测更贴近实况。2、利用黑白色的目标板，在处理图像时更为方便。3、通过增加报警或显示或存储的单元，使得本系统得到更好的应用。4、通过增加延时电路，能够避免在傍晚或者环境明暗变化波动时滤光镜的频繁移动、红外光源的频繁开关，提高设备寿命。5、在白天模式下，通过周期性的打开红外光源，利用红外线的加热作用，给镜头增温，让镜头上的水雾蒸发，从而避免镜头有水雾、干扰拍摄精度。附图说明图1为摄像机与目标物的安装示意图正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全天候监测长江山区河段能见度的装置，其特征在于：它包括在航标船上相对设置的日夜两用型摄像机和目标板，日夜两用型摄像机将采集到的包含目标板的图像传输给航标船自带的工控机，温湿度传感器采集实时的温度和湿度信息发送给所述的工控机；所述日夜两用型摄像机自带红外光源，镜头与CCD之间设有可移动的红外滤光镜和全光谱光学玻璃，红外滤光镜和全光谱光学玻璃的移入和移出通过摄像机控制电路控制，摄像机控制电路通过光敏传感器采集到的数据判断是白天还是夜晚，从而相应控制移入全光谱光学玻璃或红外滤光镜、以及关闭或打开红外光源，同时控制电路将判断结果发送至航标船自带的工控机；工控机依据白天或夜晚采用对应的标准进行数据处理、计算能见度。

【技术特征摘要】
1.一种全天候监测长江山区河段能见度的装置，其特征在于：它包括在航标船上相对设置的日夜两用型摄像机和目标板，日夜两用型摄像机将采集到的包含目标板的图像传输给航标船自带的工控机，温湿度传感器采集实时的温度和湿度信息发送给所述的工控机；所述日夜两用型摄像机自带红外光源，镜头与CCD之间设有可移动的红外滤光镜和全光谱光学玻璃，所述的全光谱光学玻璃贴有红外截止滤光片，红外滤光镜和全光谱光学玻璃的移入和移出通过摄像机控制电路控制，摄像机控制电路通过光敏传感器采集到的数据判断是白天还是夜晚，从而相应控制移入全光谱光学玻璃或红外滤光镜、以及关闭或打开红外光源，同时控制电路将判断结果发送至航标船自带的工控机；工控机依据白天或夜晚采用对应的标准进行数据处理、计算能见度；所述的目标板由黑白两色构成。2.根据权利要求1所述的全天候监测长江山区河段能见度的装置，其特征在于：所述的光敏传感器与摄像机控制电路之间设有延时电路。3.根据权利要求1所述的全天候监测长江山区河段能见度的装置，其特征在于：所述的工控机的输出端与显示屏和/或报警装置连接。4.根据权利要求1所述的全天候监测长江山区河段能见度的装置，其特征在于：所述的工控机与长江航务部门的监控中心通信。5.一种利用权利要求1所述的全天候监测长江山区河段能见度的装置实现的全天候监测长江山区河段能见度的系统，其特征在于：它包括：模式切换单元，用于根据控制电路的判断结果及当时的时间点切换白天或夜晚；图像能见度对比标准的标定单元，用于对于夜晚和白天两种模式，分别将能见度匹配日夜两用型摄像机测得的目标区域的亮度对比度，利用拟合的方法得到两者的函数关系；其中白天模式下采用可见光，夜晚模式下采用红外线；图片数据处理单元，用于将日夜两用型摄像机采集的图像保存为固定格式的图片，并顺序编号；目标区域识别单元，用于将处理好的固定格式的图片，利用图像分割法，得到目标板在图片中的区域，作为目标区域，计算目标区域的像素在整幅图像像素坐标系中的坐标范围；目标区域亮度对比度特征值提取单元，用于将目标区域分色块的亮度值转化为灰度值，并分别求取各色块灰度值的平均值，最终得到目标区域的亮度对比度；能见度计算单元，用于将得到的当前的目标区域的亮度对比度代入图像能见度对比标准中，计算得到当前的能见度值V；评价单元，用于利用D-S证...

【专利技术属性】
技术研发人员：高嵩，谢斌，初秀民，刘怀汉，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42