專利名稱：云高自動觀測方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種云高的測量方法，以及云高測量裝置。
背景技術：
云高是指云底到地面的垂直距離。云高的測量對于航空航天領域具有重要意義，是航天 器升空的重要參考數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的云高測量裝置有云幕燈、紅外測云儀、激光測云儀等。其中 云幕燈只能應用于夜間層狀云層云高的測量，局限性較大。激光測云儀的優(yōu)點是準確度高， 使用快速便捷，缺點是成本較高，只能進行天空單點云高測量。利用紅外測量云高的方法是 采用紅外測量裝置對大氣紅外輻射進行測量，其測量方法較為復雜，且準確度難于把握，紅 外線測量裝置的成本同樣較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種云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 云高的技術問題。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是 這種云高自動觀測方法，其特征在于有如下步驟
步驟l:將兩圖像采集器相隔一定距離設置，使圖像采集器一和圖像采集器二能拍攝到 云同一區(qū)域的距離，并得到基線BC， B為圖像采集器一焦點，C為圖像采集器二焦點，兩圖像 采集器鏡頭垂直對天，圖像采集器成像平面長軸或短軸與基線平行；
步驟2:圖像采集器一和圖像采集器二同時拍攝云的同一個區(qū)域，分別得到照片P1和照 片P2;
步驟3參見圖2所示假設在圖像采集器一和圖像采集器二共同拍攝區(qū)的云底有一A點，
在照片P1和照片P2中分別找到A點在圖像采集器一和圖像采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與圖像采集器1焦點B和圖像采集器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，測得兩圖像采集器之間的距離BC，并從圖像采集器l和圖 像采集器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'，在圖像采集器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，再從圖像采集器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，得到云高AD二 BDXE'B /D' E'。
這種云高自動觀測裝置，包括圖像采集器，其特征在于該裝置由以下幾部分構成圖像采集器兩個圖像采集器為一組構成一采集單元；
采樣控制器分別與兩個圖像采集器連接，用于接收圖像處理器的命令，控制圖像采集器采集云圖像和從云圖像采集器中下載云圖像，并向外傳送圖像，其中采樣控制器一連接于圖像采集器一與圖像處理器之間，采樣控制器二連接于圖像采集器二與圖像傳輸裝置之間；
圖像傳輸裝置連接于采樣控制器二和圖像處理器之間，用于傳輸采樣控制器二采集的云圖到圖像處理器，并將圖像處理器的命令傳輸?shù)綀D像采集器二。
圖像處理器與采樣控制器一和圖像傳輸裝置連接，用于處理圖像，并自動完成測定云的高度和水平位置。
上述圖像采集器可為一至兩組。
上述圖像采集器可以是可見光圖像采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，相互之間采用天線聯(lián)接。
上述采樣控制器可由單板機和專用控制軟件構成。
上述圖像處理器可以為微型計算機。
本發(fā)明的有益效果如下
云高自動觀測裝置是采用兩個圖像采集器相隔一定距離(基線)，兩個圖像采集器可相隔200米以上設置，由于云底一般都在幾百米以上，兩相機相隔距離(基線)應盡可能大，大于200米有利于提高測量云底高度的精度。兩相機同時拍攝同一云，得到同一時刻兩張照片P1和P2 ，在兩張照片上找到云的一個特征點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(圖像采集器光軸)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到地面的距離即云高。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云高的測量問題。
云高自動觀測裝置的圖像處理和采樣控制器通過立體幾何原理自動完成云高和水平位置的測量。圖像處理和采樣控制器的命令通過圖像傳輸裝置傳輸?shù)絻蓚€云圖像采集單元，按照預定的時間間隔，自動進行云圖像采樣。該裝置具有結構簡單，所需成本較低的優(yōu)點，云高測量可自動完成，可應用于航空、航天、氣象等領域。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)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是云高自動觀測裝置的原理示意圖。圖5是采樣控制器中專用控制軟件的控制流程圖。
附圖標記l一圖像采集器一、2 —圖像采集器二、 3 —云底、4一成像平面、A:云底一點、B:圖像采集器一的焦點、C:圖像采集器二的焦點、D: A點在圖像采集器一和圖像采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:圖像采集
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為圖像采集器一和圖像采集器二共同成像范圍。
圖2中X、 Y、 Z為坐標軸。
具體實施例方式
實施例一，采用本發(fā)明的云高測量方法有如下步驟
步驟l參見圖l所示將兩圖像采集器相隔一定距離設置，使圖像采集器l和圖像采集器2能拍攝到云同一區(qū)域的距離，并得到基線BC， B為圖像采集器l焦點，C為圖像采集器2焦點，兩圖像采集器鏡頭垂直對天，圖像采集器成像平面長軸或短軸與基線平行；
步驟2:圖像采集器1和圖像采集器2同時拍攝云的同一個區(qū)域，分別得到照片P1和照片
P2;
步驟3參見圖2所示假設在圖像采集器1和圖像采集器2共同拍攝區(qū)的云底有一A點，在照片P1和照片P2中分別找到A點在圖像采集器1和圖像采集器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與圖像采集器1焦點B和圖像采集器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，測得兩圖像采集器之間的距離BC，并從圖像采集器l和圖像采集器2的照片上測出ZDBC和ZDCB，通過正弦定理和余弦定理計算出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'，在圖像采集器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，再從圖像采集器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，得到云高AD二 BDX E'B /D' E'。
實現(xiàn)上述方法的云高自動觀測裝置，由以下部件構成
圖像采集器兩個圖像采集器為一組構成一采集單元，圖像采集器可以是可見光圖像采集器。
采樣控制器分別與兩個圖像采集器連接，用于接收圖像處理器的命令，控制圖像采集
器采集云圖像和從云圖像采集器中下載云圖像，并向外傳送圖像，其中采樣控制器一連接于
圖像采集器一與圖像處理器之間，采樣控制器二連接于圖像采集器二與圖像傳輸裝置之間；上述采樣控制器由單板機和專用控制軟件構成，專用控制軟件的控制流程圖參見圖5所示。單板機可采用Arm7。
圖像傳輸裝置連接于采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。用于傳輸采樣控制器二采集的云圖到圖像處理器，并將圖像處理器的命令傳輸?shù)綀D像采集器二。圖像傳輸裝置有兩個，相互之間采用天線聯(lián)接。
圖像處理器與采樣控制器一和圖像傳輸裝置連接，用于處理圖像，并自動完成測定云的高度和水平位置。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，上述兩圖像采集器鏡頭光軸還可水平平行設置，圖像采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，上述兩圖像采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1一種云高自動觀測方法，其特征在于有如下步驟步驟1將兩圖像采集器相隔一定距離設置，使圖像采集器一(1)和圖像采集器二(2)能拍攝到云同一區(qū)域的距離，并得到基線BC，B為圖像采集器一焦點，C為圖像采集器二焦點，兩圖像采集器鏡頭垂直對天，圖像采集器成像平面長軸或短軸與基線平行；步驟2圖像采集器一和圖像采集器二同時拍攝云的同一個區(qū)域，分別得到照片P1和照片P2；步驟3參見圖2所示假設在圖像采集器一和圖像采集器二共同拍攝區(qū)的云底有一A點，在照片P1和照片P2中分別找到A點在圖像采集器一和圖像采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與圖像采集器1焦點B和圖像采集器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，測得兩圖像采集器之間的距離BC，并從圖像采集器1和圖像采集器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’，在圖像采集器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，再從圖像采集器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，得到云高AD＝BD×E’B/D’E’。
2. 一種云高自動觀測裝置，包括圖像采集器，其特征在于該裝置由 以下幾部分構成圖像采集器兩個圖像采集器為一組構成一采集單元；采樣控制器分別與兩個圖像采集器連接，用于接收圖像處理器的命令，控制圖像采集 器采集云圖像和從云圖像采集器中下載云圖像，并向外傳送圖像，其中采樣控制器一連接于 圖像采集器一與圖像處理器之間，采樣控制器二連接于圖像采集器二與圖像傳輸裝置之間；圖像傳輸裝置連接于采樣控制器二和圖像處理器之間，用于傳輸采樣控制器二采集 的云圖到圖像處理器，并將圖像處理器的命令傳輸?shù)綀D像采集器二 ；圖像處理器與采樣控制器一和圖像傳輸裝置連接，用于處理圖像，并自動完成測定 云的高度和水平位置。
3.根據(jù)權利要求2所述的云高自動觀測裝置，其特征在于上述圖像 采集器為一至兩組。
4.根據(jù)權利要求2所述的云高自動觀測裝置，采集器是可見光圖像采集器或是紅外成像裝置。
5.根據(jù)權利要求2所述的云高自動觀測裝置， 傳輸裝置是半雙無線傳輸模塊。
6.根據(jù)權利要求2所述的云高自動觀測裝置， 傳輸裝置有兩個，相互之間采用天線聯(lián)接。
7.根據(jù)權利要求2所述的云高自動觀測裝置， 控制器由單板機和專用控制軟件構成。
8.根據(jù)權利要求2所述的云高自動觀測裝置， 處理器為微型計算機。其特征在于上述圖像 其特征在于上述圖像 其特征在于上述圖像 其特征在于上述采樣 其特征在于上述圖像
全文摘要
一種云高自動觀測方法及其裝置，該裝置包括圖像采集器兩個圖像采集器為一組構成一采集單元；采樣控制器分別發(fā)出云圖像采樣命令到兩個圖像采集器；圖像傳輸裝置分別與兩個圖像采集器連接，用于傳輸圖像采集器采集的云圖到圖像處理和采樣控制器，并將圖像處理和采樣控制器的命令傳輸?shù)皆茍D像采集單元；圖像處理器與圖像傳輸裝置連接，用于處理圖像，并自動完成測定云的高度和水平位置。該裝置具有結構簡單，所需成本較低的優(yōu)點，云高測量可自動完成，可應用于航空、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(yōu)先權日2009年4月29日
發(fā)明者馬舒慶 申請人:中國氣象局氣象探測中心