一種基于光學(xué)觀測(cè)的雷電定位裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及雷電定位問(wèn)題，特別涉及一種基于光學(xué)觀測(cè)的雷電定位裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]雷電是當(dāng)今時(shí)代的一大公害，特別是對(duì)油庫(kù)、航天發(fā)射中心、機(jī)場(chǎng)、景區(qū)等重點(diǎn)目標(biāo)區(qū)域的安全構(gòu)成很大威脅，每年都因雷災(zāi)造成重大損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年我國(guó)因雷擊造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)億元。雷擊點(diǎn)位置的確定對(duì)于事故分析、雷電防護(hù)效果評(píng)估等都具有重要意義。目前雷擊點(diǎn)定位常用的方法為時(shí)差法、定向法或時(shí)差定向綜合法等，可以對(duì)大范圍的雷電進(jìn)行定位，國(guó)內(nèi)已布設(shè)覆蓋全國(guó)范圍的雷電定位網(wǎng)，但現(xiàn)有的雷電定位網(wǎng)存在定位精度低的問(wèn)題，往往定位誤差超過(guò)1km，無(wú)法滿(mǎn)足重要目標(biāo)區(qū)域的雷電定位要求。此外，目前還有利用VHF寬帶干涉雷電通道定位技術(shù)，該技術(shù)可獲取雷電通道位置，但該方法進(jìn)行定位時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)的采樣率要求高，需處理的數(shù)據(jù)量大，很難實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)雷電定位，業(yè)務(wù)觀測(cè)工程化難度大。
[0003]光學(xué)觀測(cè)是雷電觀測(cè)的一個(gè)重要方面，常用的雷電光學(xué)觀測(cè)有衛(wèi)星雷電光學(xué)觀測(cè)和雷電通道高速攝像光學(xué)觀測(cè)，前者可監(jiān)測(cè)大范圍的雷電信息，后者關(guān)注雷電放電過(guò)程。
[0004]而且對(duì)于油庫(kù)、航天發(fā)射中心等重要目標(biāo)區(qū)域的小范圍雷電定位，要求定位具有實(shí)時(shí)性和高精度，方便事故的分析和防護(hù)手段的效果評(píng)估。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明的目的在于:克服現(xiàn)有雷電定位方法定位精度低，難以保障小范圍的重要目標(biāo)區(qū)域的缺點(diǎn)，提供一種定位精度較高、具有較好實(shí)時(shí)處理能力、基于光學(xué)觀測(cè)的雷電定位裝置及方法，解決小區(qū)域高精度雷擊點(diǎn)實(shí)時(shí)定位問(wèn)題。
[0006]為達(dá)成上述發(fā)明目的之一，本發(fā)明的第一技術(shù)方案如下:一種基于光學(xué)觀測(cè)的雷電定位裝置，其包括:至少兩臺(tái)攝像機(jī)、用于支撐相應(yīng)攝像機(jī)并允許攝像機(jī)有不同位姿狀態(tài)的多個(gè)支撐架、與所述攝像機(jī)均電性相連并處理實(shí)時(shí)圖像的定位處理機(jī)、以及向攝像機(jī)提供標(biāo)定圖像的標(biāo)定板。
[0007]優(yōu)選地，所述攝像機(jī)設(shè)置在有一定距離的同一基線(xiàn)上，并通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)與定位處理機(jī)相連，且該距離大于I米而小于10米。
[0008]優(yōu)選地，所述攝像機(jī)和定位處理機(jī)可通過(guò)USB線(xiàn)或網(wǎng)線(xiàn)進(jìn)行相連，且定位處理機(jī)為計(jì)算機(jī)或單片機(jī)，所述攝像機(jī)具體為具有與計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通信的工業(yè)攝像機(jī)。
[0009]為達(dá)成上述發(fā)明目的之二，本發(fā)明的第二技術(shù)方案如下:一種基于光學(xué)觀測(cè)的雷電定位方法，其特征在于其包括如下步驟:
[0010]SI)首先提供至少兩臺(tái)攝像機(jī)、用于支撐相應(yīng)攝像機(jī)并允許攝像機(jī)有不同位姿狀態(tài)的多個(gè)支撐架、與所述攝像機(jī)均電性相連并處理實(shí)時(shí)圖像的定位處理機(jī)、以及向攝像機(jī)提供標(biāo)定圖像的標(biāo)定板；
[0011]S2)將攝像機(jī)固定在支撐架上后，利用標(biāo)定板標(biāo)定出攝像機(jī)位姿參數(shù)，并將位姿參數(shù)裝訂到定位處理機(jī)；
[0012]S3)然后利用至少兩臺(tái)攝像機(jī)同步拍攝雷電，并獲取雷電圖像；
[0013]S4)將雷電圖像反饋給定位處理機(jī)進(jìn)行圖像識(shí)別，提取雷電通道，并通過(guò)圖像匹配獲取不同攝像機(jī)圖像中的同一雷電通道；
[0014]S5)最后利用雙目或多目視覺(jué)定位原理獲取雷電通道三維或雷擊點(diǎn)二維坐標(biāo)。
[0015]優(yōu)選地，所述攝像機(jī)設(shè)置在具有一定距離的位置上，通過(guò)標(biāo)定板獲取攝像機(jī)的位姿參數(shù)，經(jīng)標(biāo)定的攝像機(jī)同步拍攝的視頻圖像發(fā)送到定位處理機(jī)，由定位處理機(jī)進(jìn)行雷電定位。
[0016]優(yōu)選地，所述步驟S4完成雷電圖像幀提取、雷電通道識(shí)別、雷電通道圖像匹配和定位計(jì)算子步驟，以給出雷電發(fā)生的位置，其步驟具體如下:
[0017]雷電圖像幀提取子步驟:攝像機(jī)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行連續(xù)拍攝，無(wú)雷電發(fā)生時(shí)，拍攝的區(qū)域內(nèi)圖像變化緩慢，雷電發(fā)生時(shí)，圖像會(huì)發(fā)生突變；圖像幀提取時(shí)，可設(shè)定連續(xù)幀之間變化閾值，當(dāng)連續(xù)幀之間變化超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，開(kāi)始記錄后續(xù)圖像幀至雷電通道消失；
[0018]雷電通道識(shí)別子步驟:利用雷電圖像幀提取子步驟中記錄的圖像幀中進(jìn)行雷電通道識(shí)別；
[0019]雷電通道圖像匹配子步驟:利用兩臺(tái)或多臺(tái)攝像機(jī)提供的雷電通道圖像進(jìn)行圖像匹配，以其中一幅圖像的閃電通道為基準(zhǔn)，找出其余圖像中對(duì)應(yīng)的閃電通道；
[0020]定位計(jì)算子步驟:利用雙目視覺(jué)定位原理對(duì)雷電通道識(shí)別子步驟中識(shí)別的雷電通道進(jìn)行定位，獲取雷擊點(diǎn)。
[0021]優(yōu)選地，所述攝像機(jī)拍攝幀率大于20幀/秒。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)完成監(jiān)測(cè)區(qū)域的雷電定位，定位精度較目前的雷電定位方法有大幅提高，可用于有雷電點(diǎn)精確定位需要的場(chǎng)合，可進(jìn)行約20km范圍內(nèi)雷電的定位。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明中拍攝雷電通道的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2是本發(fā)明中拍攝標(biāo)定板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3是本發(fā)明的功能方塊圖。
[0026]圖4是本發(fā)明的雷電定位流程框圖。
[0027]具體實(shí)施方法:
[0028]實(shí)施例:如圖1-4所示，本發(fā)明提供一種基于光學(xué)觀測(cè)的雷電定位裝置的實(shí)施例，其包括:至少兩臺(tái)攝像機(jī)、用于支撐相應(yīng)攝像機(jī)并允許攝像機(jī)有不同位姿狀態(tài)的多個(gè)支撐架、與所述攝像機(jī)均電性相連并處理實(shí)時(shí)圖像的定位處理機(jī)、以及向攝像機(jī)提供標(biāo)定圖像的標(biāo)定板。攝像機(jī)和定位處理機(jī)在同一基線(xiàn)上。攝像機(jī)和定位處理機(jī)通過(guò)USB線(xiàn)或網(wǎng)線(xiàn)等數(shù)據(jù)線(xiàn)進(jìn)行相連，且定位處理機(jī)為計(jì)算機(jī)或單片機(jī)，所述攝像機(jī)為具有與計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通信的工業(yè)攝像機(jī)。本實(shí)施例具體以雙目定位進(jìn)行說(shuō)明，來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的。攝像機(jī)能與定位處理機(jī)實(shí)時(shí)傳輸圖像數(shù)據(jù)，將兩臺(tái)攝像機(jī)分布安裝在支撐架上，按一定距離架設(shè)，攝像機(jī)鏡頭朝向監(jiān)測(cè)區(qū)域，將兩臺(tái)攝像機(jī)分別通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)與定位處理機(jī)相連。
[0029]將上述元件安裝完畢后，本發(fā)明還提供一種基于光學(xué)觀測(cè)的雷電定位方法的實(shí)施例，具體步驟如下:
[0030]步驟1:進(jìn)行攝像機(jī)雙目標(biāo)定，將攝像機(jī)鏡頭焦距設(shè)置為最遠(yuǎn)狀態(tài)，將標(biāo)定板放置在兩臺(tái)攝像機(jī)視野范圍內(nèi)并調(diào)整不同姿態(tài)，兩臺(tái)攝像機(jī)同時(shí)拍不同姿態(tài)下的攝標(biāo)定板圖像，利用同時(shí)拍攝的多張標(biāo)定板圖像，標(biāo)定出攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)(攝像