[发明专利]一种基于图像亮度信息的天空类型识别系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于图像亮度信息的天空类型识别系统及方法。该系统由参数可自由调节的CCD相机模块、确定拍摄方位信息的电子罗盘模组以及数据处理的上位机组成。相机拍摄天空中任意方位的图像，上位机根据接收的图像信息及方位信息计算出世界坐标系与相机坐标系映射关系，并根据CCD成像原理计算出图像中指定点的灰度值与该点对应到世界坐标系中位置处的亮度值的关系，求出图像中任意点对应到实际拍摄场景中的亮度值，再将该亮度值与根据15种CIE标准天空模型计算的亮度信息进行最小方差法拟合，得出最接近的天空类型，即是识别出的天空类型。本系统及方法大大降低了天空类型识别操作的复杂度，易用性和可操作性大大提升。

技术领域

本发明涉及建筑光环境领域，具体涉及一种基于图像亮度信息的天空类型识别系统及方法。

背景技术

随着建筑光环境测量事业的发展，国际照明委员会颁布了15种CIE标准天空模型，而国内也颁布GB/T 50033-2013建筑采光设计标准，对建筑采光进行了详细的规定。而这些采光计算均以确定的天空模型为基础，那么快速准确地进行实际天空模型的判断显得尤为重要。

目前已有的天空类型的识别方法主要有两种，一种是通过图像亮度计进行天空亮度测量，然后利用均方根值最小法则与15种CIE天空模型进行比较确定实际天空类型。另一种是通过计算天空指数的值来确定天空类型，天空指数在每一个数值区间内对应一种天空模型。但这两种方法都存在明显的缺陷，第一种方法所使用的图像亮度计的价格昂贵，使用受众很小，第二种方法计算天空指数时所需的水平漫射辐照度和水平辐照度测量复杂，且受周围环境因素影响较大。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足，本发明提出了一种利用图像亮度信息进行实际天空类型识别的系统及方法，不仅成本更低，而且简单易操作。

技术方案：根据本发明的第一方面，提供一种基于图像亮度信息的天空类型识别系统，包括：

CCD相机模块，用于拍摄天空任意方向图像；

电子罗盘，和所述相机模块处于同一水平面上，用于记录拍摄位置的方位信息；

单片机，与所述相机模块和所述电子罗盘都相连，用于控制相机模块和电子罗盘完成指定动作，并接收所述图像和方位信息并上传至上位机；

上位机，与所述单片机相连，用于向单片机发送控制指令并接收单片机上传的信息，对信息进行如下处理：利用图像灰度与亮度间的关系提取图像对应的实际场景的亮度信息；根据拍摄时间及拍摄位置的方位信息，采用国际照明委员会给定的15种CIE标准天空的参数及亮度公式计算亮度；将提取出的亮度与计算出的亮度进行对比，最终确定天空类型。

优选地，所述系统还包括用于放置相机模块和电子罗盘的三脚架，所述三脚架具有可调节水平方向角和竖直方向仰角的云台。所述三脚架的云台水平方向可调节角度范围为0-360°，竖直方向可调节角度范围为0-90°，使相机可拍摄半球空间内任意方向的图像。

优选地，所述电子罗盘为三维电子罗盘，利用内部的三维磁阻传感器测量相机模块方位角，双轴倾角传感器测量仰角。

优选地，所述系统还包括色度仪，由于图像显示中的RGB系统与相机的RGB系统存在差异，所述色度仪用于对上位机图像显示中的RGB系统进行标定。

根据本发明的第二方面，提供一种基于图像亮度信息的天空类型识别方法，包括以下步骤：

(1)CCD相机拍摄天空任意方向图像；

(2)与相机处于同一水平面的电子罗盘记录拍摄位置的方位信息，包括方位角和仰角信息；

(3)所述图像和方位信息通过与相机和电子罗盘都相连的单片机传送至上位机；