[发明专利]云检测及全天空总云量检测方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及气象探测领域，尤其涉及一种天空的云检测方法和系统。

背景技术

云量是指云遮蔽天空视野的成数。云量的观测包括总云量和低云量。总云量是指观测时天空被所有的云遮蔽的总成数，低云量是指天空被低云族的云所遮蔽的成数，均记整数。

现有的地基总云量观测方法可分成人工目测法、反演法和遥感成像法等。其中，人工目测法是国内大多数气象台站目前最常用的云量观测方法，但这种方式带有很大的主观性，已成为制约地面气象观测自动化的一个瓶颈。

反演法是指不直接对总云量进行观测，而通过其它观测要素来反演总云量，如激光云高仪采用单点测量数据通过时间积分来反演全天空总云量，以及多光谱旋转遮蔽影带辐射仪（Multi-filter Rotating Shadowband Radiometers，MFRSR）利用不同波段下的全天空散射通量通过相关的辐射转换模型来反演全天空总云量。但这些反演算法大都基于一些理想的假定条件，而实际天空很难与之完全一致，因而反演法只能作为全天空总云量计算的一种补充手段。

遥感成像法主要是采用遥感成像的方式，从地面向上拍摄云图，再采用图像处理算法进行云检测来计算总云量，这是当前利用器测来观测总云量的主要手段。基于遥感成像法的仪器主要有全天空成像仪（Whole Sky Imager，WSI）、总天空成像仪（Total Sky Imager，TSI）和全天空成像系统（All-sky Imager System，ASIs）等，这些仪器在获取全天空云图时对太阳都采取了一定的遮挡措施，以减轻太阳对图像质量的影响。但在对太阳进行遮挡时，需要实时对太阳进行跟踪，而该跟踪装置结构复杂，且对太阳进行遮挡时也会对图像中的部分区域同时形成遮挡，这也将在一定程度上影响总云量计算的精度。

另外，在云检测算法方面，目前主要是基于分割阈值，即，为云图中的某种可量化信息（例如像素点的亮度值或灰度值）设定分割阈值，根据该可量化信息与该分割阈值的关系（高于或者低于），将各像素点确定为云或者非云，从而将全天空云图分成云和非云两部分，再统计云部分占全天空云图的比例，从而得全天空总云量。但已经发现，这样的方法对于一部分的全天空云图总云量的计算精度较低。

发明内容

本申请的发明人发现，之所以目前的基于分割阈值的云检测算法对于一些云图的云量计算的精度较低，一个重要的原因是这些云检测算法在设定分割阈值时均没有考虑天空类型因素的影响，而是对不同的天空类型采用相同的分割阈值或相同的分割阈值设定方式。

本发明的目的之一在于以一种全新的构思提供一种全新的云检测及全天空总云量检测方法。本发明的另一目的在于提高云检测及全天空总云量检测的计算精度。

为了实现上述至少一个目的，本发明提供了一种云检测方法，包括：

图像获取步骤：利用图像获取设备获取预定时刻的天空的云图；

天空类型确定步骤：确定在所述预定时刻所述天空的天空类型；其中，所述天空类型选自用于表示天空云量范围的多种预设天空类型中的一种；

云检测步骤：使用分割阈值来检测所述云图中的云；其中，所述分割阈值根据与所述多种预设天空类型分别对应的多种不同的分割阈值设定方式中的一种来确定。

优选地，在所述天空类型确定步骤中，根据所述云图的信息熵来确定在所述预定时刻所述天空的所述天空类型。

优选地，所述云图的所述信息熵是所述云图的亮度信息熵或与所述云图对应的灰度图的灰度信息熵。

优选地，所述云图的所述信息熵的计算公式为：

E=-Σi,jp(i,j)log2p(i,j)]]>

其中，E为图像的信息熵，且x(i,j)指所述云图中处于(i,j)位置处的像素的亮度值或者是与所述云图对应的所述灰度图中处于(i,j)位置处的像素的灰度值。