双亮差法测量能见度的改进研究

麻 锴,姚国友,孔诗媛,李广智,姜方达

(吉林省气象探测保障中心,吉林 长春 130062)

0 引言

数字摄像法是新兴的能见度观测方法。目前,这种方法因数字信号处理和数字照相机技术的发展而被深入研究[1]。谢兴生等于20 世纪90 年代初开展了此项研究,并将研究成果称为数字摄像测量能见度系统(digital photography visibility system,DPVS)。该研究搭建了DPVS,阐述了利用理想黑体作为目标物,并在已知拍照距离的情况下,以目标物灰度与背景灰度的对比度计算能见度的算法。吕伟涛、陶善昌等根据DPVS 的缺点,提出利用地平线附近两个不同距离的目标物及其对应水平天空背景亮度差的比值计算白天气象能见度的方法,简称双亮度差法。当摄像机于目标物距离有限时,该方法可以成倍增大DPVS 的测量范围,提高测量精度[2]。王京丽等于2000 年后开始研究DPVS,针对系统性能开展了与常规能见度探测设备的大量对比试验,证明该系统具有与透射式能见度仪趋势一致的观测数据[3-4]。王京丽还提出了基于LED 的夜间DPVS 光源方案,分析了该光源的均匀性和稳定性,降低了DPVS 的夜间测量误差[5-6]。

目前,DPVS 研究中还有一些关键问题亟待解决。DPVS 以天空为背景测量能见度,当天空背景的亮度与天空背景的临界处物体亮度值近似时,图像算法很难正确地提取天空背景,降低了DPVS 的自动化观测能力[7];此外,天空背景的亮度值随着云量的改变而改变,从而导致DPVS 计算能见度的不稳定性。所以,目前DPVS 受限于复杂环境,其扩大应用被限制。……