本發(fā)明涉及遙感圖像領(lǐng)域，特別涉及一種云識(shí)別方法。

背景技術(shù)：

目前利用遙感圖像進(jìn)行云識(shí)別的方法中閾值判斷法應(yīng)用最為廣泛，這種方法是對(duì)云在不同波段表現(xiàn)出不同的特性進(jìn)而設(shè)定相應(yīng)的閾值來進(jìn)行區(qū)分云和非云，例如可以根據(jù)像元的亮度溫度、亮溫差、可見光波段的反射率和ndvi等特征與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而判斷該像元是否是云。閾值判斷法的缺點(diǎn)是在某些污染天氣下判斷結(jié)果精度較差，尤其是云和霾同時(shí)存在時(shí)，對(duì)云和霾的交界處識(shí)別結(jié)果不準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種云識(shí)別方法，解決現(xiàn)有衛(wèi)星云識(shí)別結(jié)果準(zhǔn)確度較差的問題。

一種云識(shí)別方法，利用地基全天候魚眼相機(jī)，包括以下步驟：從地基全天候魚眼相機(jī)獲取天空?qǐng)D像，并從所述天空?qǐng)D像中讀取每個(gè)像元的像元亮度值；根據(jù)所述每個(gè)像元的像元亮度值計(jì)算每個(gè)像元的天空指數(shù)、亮度指數(shù)，并根據(jù)所述天空指數(shù)、亮度指數(shù)構(gòu)建二維散點(diǎn)圖；根據(jù)所述二維散點(diǎn)圖，擬合生成云分界線；根據(jù)所述二維散點(diǎn)圖像和所述云分界線，對(duì)所述天空?qǐng)D像進(jìn)行判斷，得到云識(shí)別結(jié)果。根據(jù)所述每個(gè)像元的像元亮度值計(jì)算每個(gè)像元的天空指數(shù)、亮度指數(shù)為

si＝(dnblue-dnred)/(dnblue+dnred)

bi＝(dnblue+dnred+dngreen)/3

其中，si、bi分別為所述天空指數(shù)、亮度指數(shù)，dnblue、dnred、dngreen分別為全天候魚眼相機(jī)藍(lán)波段、紅波段、綠波段的像元亮度值。

優(yōu)選地，所述根據(jù)所述二維散點(diǎn)圖，擬合生成云分界線的步驟，進(jìn)一步包含：確定第一、第二、第三、第四經(jīng)驗(yàn)種子在所述二維散點(diǎn)圖上的坐標(biāo)值分別為(0.1，0.64)，(0.35，0.31)，(0.7，0.12)，(0.8，0.05)；根據(jù)所述第一、第二、第三、第四經(jīng)驗(yàn)種子的坐標(biāo)值和所述二維散點(diǎn)圖的橫、縱坐標(biāo)軸的端點(diǎn)坐標(biāo)值，分段線性擬合得到所述云分界線。

優(yōu)選地，所述根據(jù)所述二維散點(diǎn)圖，擬合生成云分界線的步驟，進(jìn)一步包含：確定第一、第二、第三、第四經(jīng)驗(yàn)種子在所述二維散點(diǎn)圖上的坐標(biāo)值分別為(0.1，0.64)，(0.35，0.31)，(0.7，0.12)，(0.8，0.05)；根據(jù)所述第一、第二、第三、第四經(jīng)驗(yàn)種子的坐標(biāo)值和所述二維散點(diǎn)圖的橫、縱坐標(biāo)軸的端點(diǎn)坐標(biāo)值，通過最小二乘法和三次曲線法擬合得到云分界曲線；在所述云分界曲線上，根據(jù)所述第一、第二、第三、第四經(jīng)驗(yàn)種子的橫坐標(biāo)值確定四個(gè)點(diǎn)分別為第一、第二、第三、第四云判定閾值點(diǎn)，所述第一、第二、第三、第四云判定閾值點(diǎn)與所述第一、第二、第三、第四經(jīng)驗(yàn)種子的縱坐標(biāo)分別相減得到的數(shù)值的絕對(duì)值均小于等于0.1；將所述云分界曲線確定為所述云分界線。

進(jìn)一步地，所述方法還包括：根據(jù)所述第一、第二、第三、第四云判定閾值點(diǎn)和所述二維散點(diǎn)圖的橫、縱坐標(biāo)軸的端點(diǎn)坐標(biāo)值，分段線性擬合得到云分界折線；將所述云分界折線確定為所述云分界線。

優(yōu)選地，根據(jù)所述二維散點(diǎn)圖像和所述云分界線，對(duì)所述天空?qǐng)D像進(jìn)行判斷，得到云識(shí)別結(jié)果的步驟，進(jìn)一步包含：當(dāng)所述像元的天空指數(shù)、亮度指數(shù)在所述云分界線上時(shí)，判定所述天空?qǐng)D像的云識(shí)別結(jié)果為晴空和云的分界區(qū)；當(dāng)所述像元的天空指數(shù)、亮度指數(shù)在所述云分界線的上方時(shí)，判定所述天空?qǐng)D像的云識(shí)別結(jié)果為晴空；當(dāng)所述像元的天空指數(shù)、亮度指數(shù)在所述云分界線的下方時(shí)，判定所述天空?qǐng)D像的云識(shí)別結(jié)果為云。

優(yōu)選地，所述根據(jù)所述二維散點(diǎn)圖，擬合生成云分界線的之前，還包括以下步驟：根據(jù)所述每個(gè)像元的亮度指數(shù)，去除亮度指數(shù)大于0.97的太陽飽和區(qū)域的像元。

進(jìn)一步地，所述方法還包括對(duì)所述云識(shí)別結(jié)果為晴空的天空?qǐng)D像進(jìn)行大氣污染狀況判定的步驟：從modis衛(wèi)星遙感二級(jí)氣溶膠產(chǎn)品中獲取每個(gè)像元的氣溶膠光學(xué)厚度值；根據(jù)所述每個(gè)像元的天空指數(shù)、亮度指數(shù)、氣溶膠光學(xué)厚度值計(jì)算大氣渾濁度指數(shù)；確定第一、第二大氣污染判定閾值；根據(jù)所述第一、第二大氣污染判定閾值和大氣渾濁度指數(shù)，對(duì)所述云識(shí)別結(jié)果為晴空的天空?qǐng)D像進(jìn)行判斷，得到大氣污染判定結(jié)果。所述根據(jù)所述每個(gè)像元的天空指數(shù)、亮度指數(shù)、氣溶膠光學(xué)厚度值計(jì)算大氣渾濁度指數(shù)，進(jìn)一步包含：根據(jù)所述氣溶膠光學(xué)厚度值計(jì)算歸一化氣溶膠光學(xué)厚度值為

aodn＝aod/2

其中，aodn、aod分別為所述歸一化氣溶膠光學(xué)厚度值、氣溶膠光學(xué)厚度值；當(dāng)所述像元的天空指數(shù)大于0.5時(shí)，所述大氣渾濁度指數(shù)為

ati＝0.7×aodn+0.3×bi×si

當(dāng)所述像元的天空指數(shù)小于0.5時(shí)，所述大氣渾濁度指數(shù)為

ati＝0.8×aodn+0.2×si/bi

其中，ati、bi、si為所述大氣渾濁度指數(shù)、亮度指數(shù)、天空指數(shù)。

優(yōu)選地，根據(jù)所述第一、第二大氣污染判定閾值和大氣渾濁度指數(shù)，對(duì)所述云識(shí)別結(jié)果為晴空的天空?qǐng)D像進(jìn)行判斷，得到大氣污染判定結(jié)果，進(jìn)一步包含：當(dāng)所述大氣渾濁度指數(shù)大于等于0且小于等于第一大氣污染判定閾值時(shí)，所述晴空區(qū)域的大氣污染判定結(jié)果為空氣優(yōu)；當(dāng)所述大氣渾濁度指數(shù)大于第一大氣污染判定閾值且小于等于第二大氣污染判定閾值時(shí)，所述晴空區(qū)域的大氣污染判定結(jié)果為空氣良；當(dāng)所述大氣渾濁度指數(shù)大于第二大氣污染判定閾值且小于等于1時(shí)，所述晴空區(qū)域的大氣污染判定結(jié)果為空氣差。

本發(fā)明有益效果包括：本發(fā)明利用的地基天空相機(jī)，時(shí)間和空間分辨率高且易于安放，可操作性強(qiáng)，同時(shí)，本發(fā)明采用的云識(shí)別方法在不需要其他輔助數(shù)據(jù)額前提下，能夠快速穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)云檢測(cè)，且能快速準(zhǔn)確的對(duì)大氣污染狀況進(jìn)行評(píng)估，整體計(jì)算量小且適用范圍廣。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為一種云識(shí)別方法基本流程示意圖；

圖2為一種包含去除太陽飽和區(qū)域的云識(shí)別方法流程示意圖；

圖3為一種利用經(jīng)驗(yàn)種子且采用線性擬合的云識(shí)別方法流程示意圖；

圖4為一種利用經(jīng)驗(yàn)種子且采用曲性擬合的云識(shí)別方法流程示意圖；

圖5為一種利用云判定閾值點(diǎn)且采用線性擬合的云識(shí)別方法流程示意圖；

圖6為一種包含大氣污染判斷的云識(shí)別方法流程示意圖；

圖7為利用經(jīng)驗(yàn)種子線性擬合云分界線示意圖；

圖8為利用經(jīng)驗(yàn)種子曲線擬合云分界線示意圖；

圖9為云判定閾值點(diǎn)選取方法示意圖；

圖10為利用云判定閾值點(diǎn)線性擬合云分界線示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明具體實(shí)施例及相應(yīng)的附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明各實(shí)施例提供的技術(shù)方案。

本發(fā)明提供一種基于地基全天候魚眼相機(jī)的云識(shí)別方法，該方法能夠較為精確的進(jìn)行云識(shí)別，并且可用于modis等衛(wèi)星云掩碼產(chǎn)品的驗(yàn)證。為了能有效地利用地基魚眼相機(jī)進(jìn)行云識(shí)別，所述地基全天候魚眼相機(jī)應(yīng)滿足以下的最低配置要求：使用光電二極管陣列組成的傳感器，即ccd或cmos，以方便能快速地對(duì)成像結(jié)果進(jìn)行查看，而非以前的膠卷系統(tǒng)；相機(jī)內(nèi)部帶有圖像處理引擎，能快速高效地調(diào)整圖像的優(yōu)化曲線等參數(shù)；較寬的iso感光度范圍；多種光圈和快門值的組合方式以滿足對(duì)云識(shí)別的快速調(diào)整；自動(dòng)對(duì)焦模式，連拍功能，至少6張每秒，1000萬像素，20點(diǎn)對(duì)焦系統(tǒng)，自帶降噪功能；能耦合中性密度濾光片，以方便過濾過飽和的太陽光線。

需要說明的是，本發(fā)明所使用的相機(jī)為尼康的d7000，屬于aps-c規(guī)格數(shù)碼單反，同時(shí)為了防止圖像過曝，搭配富士中性密度濾光片進(jìn)行使用，其中尼康d7000大概參數(shù)為如下：機(jī)身特性，aps-c規(guī)格數(shù)碼單反；傳感器類型，cmos；傳感器尺寸，23.6×15.6mm；有效像素?cái)?shù)，1620萬；影像處理器，expeed2；對(duì)焦方式，自動(dòng)和手動(dòng)對(duì)焦；對(duì)焦點(diǎn)數(shù)，39點(diǎn)；快門速度，1/8000-30秒范圍；感光度，iso100-6400，可擴(kuò)展至hi2；具備自動(dòng)iso感光度控制；拍攝模式，單張拍攝[s]、低速連拍[cl]：1-5fps、高速連拍[ch]：6fps、安靜快門釋放[q]，自拍，遙控，反光板預(yù)升；存儲(chǔ)卡類型，sd/sdhc/sdxc卡。

圖1為一種云識(shí)別方法基本流程示意圖。

一種云識(shí)別方法，利用地基全天候魚眼相機(jī)，包括以下步驟：

步驟101、從地基全天候魚眼相機(jī)獲取天空?qǐng)D像，并從所述天空?qǐng)D像中讀取每個(gè)像元的像元亮度值。

在步驟101中，所述從地基全天候魚眼相機(jī)獲取天空?qǐng)D像為獲取某個(gè)時(shí)間段的圖像，所述時(shí)間段可以為1個(gè)月、2個(gè)月或半年，這里不做具體限定，本發(fā)明使用的天空?qǐng)D像的時(shí)間段為2012年10月1日至2012年10月31日。

在步驟101中，本法明使用idl編程軟件實(shí)現(xiàn)從所述天空?qǐng)D像中讀取每個(gè)像元的像元亮度值，也可使用其他編程軟件，如matlab，這里不做具體限定。

步驟102、根據(jù)所述每個(gè)像元的像元亮度值計(jì)算每個(gè)像元的天空指數(shù)、亮度指數(shù)，并根據(jù)所述天空指數(shù)、亮度指數(shù)構(gòu)建二維散點(diǎn)圖。

在步驟102中，根據(jù)所述每個(gè)像元的像元亮度值計(jì)算每個(gè)像元的天空指數(shù)、亮度指數(shù)為

si＝(dnblue-dnred)/(dnblue+dnred)(1)

bi＝(dnblue+dnred+dngreen)/3(2)

其中，si、bi分別為所述天空指數(shù)、亮度指數(shù)，dnblue、dnred、dngreen分別為全天候魚眼相機(jī)藍(lán)波段、紅波段、綠波段的像元亮度值。

需要說明的是，所述天空指數(shù)是一個(gè)介于-1到1之間的值，當(dāng)天空完全沒有云覆蓋，即晴空時(shí)，天空指數(shù)為1；當(dāng)天空完全為云覆蓋時(shí)，天空指數(shù)則為-1。所述亮度指數(shù)是一個(gè)介于0到1之間的值，當(dāng)天空非常亮?xí)r，亮度指數(shù)為1；當(dāng)天空非常暗時(shí)，亮度指數(shù)為0.0。

在步驟102中，所述根據(jù)所述天空指數(shù)、亮度指數(shù)構(gòu)建的二維散點(diǎn)圖，本發(fā)明采用橫坐標(biāo)為亮度指數(shù)，縱坐標(biāo)為天空指數(shù)，也可采用橫坐標(biāo)為天空指數(shù)，縱坐標(biāo)為亮度指數(shù)。

步驟103、根據(jù)所述二維散點(diǎn)圖，擬合生成云分界線。

需要說明的是，當(dāng)二維散點(diǎn)圖中的所有點(diǎn)均參與計(jì)算時(shí)，能夠生成運(yùn)分界線；進(jìn)一步優(yōu)化地，為了減少計(jì)算量，在步驟103中，所述根據(jù)所述二維散點(diǎn)圖，擬合生成云分界線的步驟，進(jìn)一步包含：確定第一、第二、第三、第四經(jīng)驗(yàn)種子在所述二維散點(diǎn)圖上的坐標(biāo)值分別為(0.1，0.64)，(0.35，0.31)，(0.7，0.12)，(0.8，0.05)；根據(jù)所述第一、第二、第三、第四經(jīng)驗(yàn)種子的坐標(biāo)值和所述二維散點(diǎn)圖的橫、縱坐標(biāo)軸的端點(diǎn)坐標(biāo)值，擬合得到所述云分界線。

需要說明的是，在步驟103中，所述云分界線可以是折線，也可以是曲線，所述云分界線的形式與采用的擬合方法有關(guān)，采用分段線性擬合方法時(shí)，所述云分界線為一條折線，采用最小二乘法或三次曲線法擬合時(shí)，所述云分界線為一條曲線。

步驟104、根據(jù)所述二維散點(diǎn)圖像和所述云分界線，對(duì)所述天空?qǐng)D像進(jìn)行判斷，得到云識(shí)別結(jié)果。

在步驟104中，根據(jù)所述二維散點(diǎn)圖像和所述云分界線，對(duì)所述天空?qǐng)D像進(jìn)行判斷，得到云識(shí)別結(jié)果的步驟，進(jìn)一步包含：當(dāng)所述像元的天空指數(shù)、亮度指數(shù)在所述云分界線上時(shí)，判定所述天空?qǐng)D像的云識(shí)別結(jié)果為晴空和云的分界區(qū)；當(dāng)所述像元的天空指數(shù)、亮度指數(shù)在所述云分界線的上方時(shí)，判定所述天空?qǐng)D像的云識(shí)別結(jié)果為晴空；當(dāng)所述像元的天空指數(shù)、亮度指數(shù)在所述云分界線的下方時(shí)，判定所述天空?qǐng)D像的云識(shí)別結(jié)果為云。

本發(fā)明所述方法在不需要其他輔助數(shù)據(jù)的前提下，能夠快速穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)云檢測(cè)，同時(shí)進(jìn)一步挖掘了所述地基全天候魚眼相機(jī)的潛力，使其更加準(zhǔn)確的識(shí)別云和晴空。

圖2為一種包含去除太陽飽和區(qū)域的云識(shí)別方法流程示意圖。

步驟101、從地基全天候魚眼相機(jī)獲取天空?qǐng)D像，并從所述天空?qǐng)D像中讀取每個(gè)像元的像元亮度值。

步驟102、根據(jù)所述每個(gè)像元的像元亮度值計(jì)算每個(gè)像元的天空指數(shù)、亮度指數(shù)，并根據(jù)所述天空指數(shù)、亮度指數(shù)構(gòu)建二維散點(diǎn)圖。

步驟105、根據(jù)所述每個(gè)像元的亮度指數(shù)，去除亮度指數(shù)大于0.97的太陽飽和區(qū)域的像元。

需要說明的是，所述太陽飽和區(qū)域?yàn)榻咏栞^亮的區(qū)域。

步驟106、根據(jù)所述二維散點(diǎn)圖，擬合生成云分界線。

需要說明的是，在步驟106中，所述二維散點(diǎn)圖為去除了太陽飽和區(qū)域的天空?qǐng)D像像元的二維散點(diǎn)圖。

步驟107、根據(jù)所述二維散點(diǎn)圖像和所述云分界線，對(duì)所述天空?qǐng)D像進(jìn)行判斷，得到云識(shí)別結(jié)果。

本發(fā)明實(shí)施例所述方法去除了太陽飽和區(qū)域，有效提高了云識(shí)別效率。

圖3為一種利用經(jīng)驗(yàn)種子且采用線性擬合的云識(shí)別方法流程示意圖。

步驟101、從地基全天候魚眼相機(jī)獲取天空?qǐng)D像，并從所述天空?qǐng)D像中讀取每個(gè)像元的像元亮度值。

步驟102、根據(jù)所述每個(gè)像元的像元亮度值計(jì)算每個(gè)像元的天空指數(shù)、亮度指數(shù)，并根據(jù)所述天空指數(shù)、亮度指數(shù)構(gòu)建二維散點(diǎn)圖。

步驟108、確定第一、第二、第三、第四經(jīng)驗(yàn)種子在所述二維散點(diǎn)圖上的坐標(biāo)值分別為(0.1，0.64)，(0.35，0.31)，(0.7，0.12)，(0.8，0.05)。

在步驟108中，在二維散點(diǎn)圖上，所述第一經(jīng)驗(yàn)種子坐標(biāo)值為(0.1，0.64)，即所述第一經(jīng)驗(yàn)種子的亮度指數(shù)為0.1，天空指數(shù)為0.64；所述第二經(jīng)驗(yàn)種子坐標(biāo)值為(0.35，0.31)，即所述第二經(jīng)驗(yàn)種子的亮度指數(shù)為0.35，天空指數(shù)為0.31；所述第三經(jīng)驗(yàn)種子坐標(biāo)值為(0.7，0.12)，即所述第三經(jīng)驗(yàn)種子的亮度指數(shù)為0.7，天空指數(shù)為0.12；所述第四經(jīng)驗(yàn)種子坐標(biāo)值為(0.8，0.05)，即所述第四經(jīng)驗(yàn)種子的亮度指數(shù)為0.8，天空指數(shù)為0.05。

步驟109、根據(jù)所述第一、第二、第三、第四經(jīng)驗(yàn)種子的坐標(biāo)值和所述二維散點(diǎn)圖的橫、縱坐標(biāo)軸的端點(diǎn)坐標(biāo)值，分段線性擬合得到所述云分界線。

在步驟109中，所述二維散點(diǎn)圖的橫軸的端點(diǎn)坐標(biāo)值為(1，0)，所述二維散點(diǎn)圖的縱軸的端點(diǎn)坐標(biāo)值為(0，1)。

需要說明的是，經(jīng)過分段線性擬合得到的所述云分界線為一條折線。

步驟110、根據(jù)所述二維散點(diǎn)圖像和所述云分界線，對(duì)所述天空?qǐng)D像進(jìn)行判斷，得到云識(shí)別結(jié)果。

本發(fā)明實(shí)施例采用分段線性擬合的方法得到的云分界線為折線，能夠有效快速的進(jìn)行云識(shí)別。

圖4為一種利用經(jīng)驗(yàn)種子且采用曲性擬合的云識(shí)別方法流程示意圖。

步驟101、從地基全天候魚眼相機(jī)獲取天空?qǐng)D像，并從所述天空?qǐng)D像中讀取每個(gè)像元的像元亮度值。

步驟102、根據(jù)所述每個(gè)像元的像元亮度值計(jì)算每個(gè)像元的天空指數(shù)、亮度指數(shù)，并根據(jù)所述天空指數(shù)、亮度指數(shù)構(gòu)建二維散點(diǎn)圖。

步驟108、確定第一、第二、第三、第四經(jīng)驗(yàn)種子在所述二維散點(diǎn)圖上的坐標(biāo)值分別為(0.1，0.64)，(0.35，0.31)，(0.7，0.12)，(0.8，0.05)。

步驟111、根據(jù)所述第一、第二、第三、第四經(jīng)驗(yàn)種子的坐標(biāo)值和所述二維散點(diǎn)圖的橫、縱坐標(biāo)軸的端點(diǎn)坐標(biāo)值，通過最小二乘法和三次曲線法擬合得到云分界曲線。

需要說明的是，在步驟111中，最小二乘法，又稱最小平方法，是一種數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)，它通過最小化誤差的平方和尋找數(shù)據(jù)的最佳函數(shù)匹配。利用最小二乘法可以簡(jiǎn)便地求得未知的數(shù)據(jù)，并使得這些求得的數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)之間誤差的平方和為最小。

三次曲線的函數(shù)的通用方程可寫為：

y＝a3x3+a2x2+a1x+a0(6)

其中，y表示擬合曲線的縱坐標(biāo)是，x1、x2、x3表示擬合曲線的橫坐標(biāo)值，a0、a1、a2和a3，a3≠0為三次曲線的擬合系數(shù)。最小二乘法和三次曲線法所應(yīng)滿足的數(shù)學(xué)表示條件為：

其中，i表示擬合得到的數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)之間誤差的平方和，為擬合采用的三次多項(xiàng)式，ak為多項(xiàng)式系數(shù)，yi表示實(shí)際數(shù)據(jù)，即所述二維散點(diǎn)圖上的點(diǎn)，min代表使得這些求得的數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)之間誤差的平方和為最小。

步驟112、將所述云分界曲線確定為所述云分界線。

步驟113、根據(jù)所述二維散點(diǎn)圖像和所述云分界線，對(duì)所述天空?qǐng)D像進(jìn)行判斷，得到云識(shí)別結(jié)果。

本發(fā)明實(shí)施例中云分界線采用曲線擬合的方式得到，能夠精確區(qū)分晴空和云，提高了云識(shí)別算法的準(zhǔn)確度。

圖5為一種利用云判定閾值點(diǎn)且采用線性擬合的云識(shí)別方法流程示意圖。

步驟101、從地基全天候魚眼相機(jī)獲取天空?qǐng)D像，并從所述天空?qǐng)D像中讀取每個(gè)像元的像元亮度值。

步驟102、根據(jù)所述每個(gè)像元的像元亮度值計(jì)算每個(gè)像元的天空指數(shù)、亮度指數(shù)，并根據(jù)所述天空指數(shù)、亮度指數(shù)構(gòu)建二維散點(diǎn)圖。

步驟108、確定第一、第二、第三、第四經(jīng)驗(yàn)種子在所述二維散點(diǎn)圖上的坐標(biāo)值分別為(0.1，0.64)，(0.35，0.31)，(0.7，0.12)，(0.8，0.05)。

步驟111、根據(jù)所述第一、第二、第三、第四經(jīng)驗(yàn)種子的坐標(biāo)值和所述二維散點(diǎn)圖的橫、縱坐標(biāo)軸的端點(diǎn)坐標(biāo)值，通過最小二乘法和三次曲線法擬合得到云分界曲線。

步驟114、在所述云分界曲線上，根據(jù)所述第一、第二、第三、第四經(jīng)驗(yàn)種子的橫坐標(biāo)值確定四個(gè)點(diǎn)分別為第一、第二、第三、第四云判定閾值點(diǎn)。

在步驟114中，所述第一、第二、第三、第四云判定閾值點(diǎn)與所述第一、第二、第三、第四經(jīng)驗(yàn)種子的縱坐標(biāo)分別相減得到的數(shù)值的絕對(duì)值均小于等于0.1。

需要說明的是，所述第一經(jīng)驗(yàn)種子和所述第一云判定閾值點(diǎn)的橫坐標(biāo)值為0.1，所述第二經(jīng)驗(yàn)種子和所述第二云判定閾值點(diǎn)的橫坐標(biāo)值為0.35，所述第三經(jīng)驗(yàn)種子和所述第三云判定閾值點(diǎn)的橫坐標(biāo)值為0.7，所述第四經(jīng)驗(yàn)種子和所述第四云判定閾值點(diǎn)的橫坐標(biāo)值為0.8，所述第一云判定閾值點(diǎn)的縱坐標(biāo)值為所述云分界曲線上橫坐標(biāo)0.1對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)值，所述第二云判定閾值點(diǎn)的縱坐標(biāo)值為所述云分界曲線上橫坐標(biāo)0.35對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)值，所述第三云判定閾值點(diǎn)的縱坐標(biāo)值為所述云分界曲線上橫坐標(biāo)0.7對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)值，所述第四云判定閾值點(diǎn)的縱坐標(biāo)值為所述云分界曲線上橫坐標(biāo)0.8對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)值。

步驟115、根據(jù)所述第一、第二、第三、第四云判定閾值點(diǎn)和所述二維散點(diǎn)圖的橫、縱坐標(biāo)軸的端點(diǎn)坐標(biāo)值，分段線性擬合得到云分界折線。

步驟116、將所述云分界折線確定為所述云分界線。

步驟117、根據(jù)所述二維散點(diǎn)圖像和所述云分界線，對(duì)所述天空?qǐng)D像進(jìn)行判斷，得到云識(shí)別結(jié)果。

需要說明的是，根據(jù)所述云分界線云識(shí)別的結(jié)果相比根據(jù)所述云分界曲線云識(shí)別的結(jié)果精度誤差小于等于5％。

本發(fā)明實(shí)施例根據(jù)所述經(jīng)驗(yàn)種子和云分界曲線確定云判定閾值點(diǎn)，再根據(jù)云判定閾值點(diǎn)分段線性擬合得到云分界線，所述方法能夠快速的實(shí)現(xiàn)云檢測(cè)判讀，效率高。

圖6為一種包含大氣污染判斷的云識(shí)別方法流程示意圖。

步驟101、從地基全天候魚眼相機(jī)獲取天空?qǐng)D像，并從所述天空?qǐng)D像中讀取每個(gè)像元的像元亮度值。

步驟102、根據(jù)所述每個(gè)像元的像元亮度值計(jì)算每個(gè)像元的天空指數(shù)、亮度指數(shù)，并根據(jù)所述天空指數(shù)、亮度指數(shù)構(gòu)建二維散點(diǎn)圖。

步驟103、根據(jù)所述二維散點(diǎn)圖，擬合生成云分界線。

步驟104、根據(jù)所述二維散點(diǎn)圖像和所述云分界線，對(duì)所述天空?qǐng)D像進(jìn)行判斷，得到云識(shí)別結(jié)果。

在步驟104中，根據(jù)所述二維散點(diǎn)圖像和所述云分界線，對(duì)所述天空?qǐng)D像進(jìn)行判斷，得到云識(shí)別結(jié)果的步驟，進(jìn)一步包含：當(dāng)所述像元的天空指數(shù)、亮度指數(shù)在所述云分界線上時(shí)，判定所述天空?qǐng)D像的云識(shí)別結(jié)果為晴空和云的分界區(qū)；當(dāng)所述像元的天空指數(shù)、亮度指數(shù)在所述云分界線的上方時(shí)，判定所述天空?qǐng)D像的云識(shí)別結(jié)果為晴空；當(dāng)所述像元的天空指數(shù)、亮度指數(shù)在所述云分界線的下方時(shí)，判定所述天空?qǐng)D像的云識(shí)別結(jié)果為云。

步驟118、從modis衛(wèi)星遙感二級(jí)氣溶膠產(chǎn)品中獲取每個(gè)像元的氣溶膠光學(xué)厚度值。

需要說明的是，在步驟118中，所述從modis衛(wèi)星遙感二級(jí)氣溶膠產(chǎn)品中獲取的每個(gè)像元為云識(shí)別結(jié)果為晴空的像元。

步驟119、根據(jù)所述每個(gè)像元的天空指數(shù)、亮度指數(shù)、氣溶膠光學(xué)厚度值計(jì)算大氣渾濁度指數(shù)。

在步驟119中，所述根據(jù)所述每個(gè)像元的天空指數(shù)、亮度指數(shù)、氣溶膠光學(xué)厚度值計(jì)算大氣渾濁度指數(shù)，進(jìn)一步包含：根據(jù)所述氣溶膠光學(xué)厚度值計(jì)算歸一化氣溶膠光學(xué)厚度值為

aodn＝aod/2(3)

其中，aodn、aod分別為所述歸一化氣溶膠光學(xué)厚度值、氣溶膠光學(xué)厚度值；當(dāng)所述像元的天空指數(shù)大于0.5時(shí)，所述大氣渾濁度指數(shù)為

ati＝0.7×aodn+0.3×bi×si(4)

當(dāng)所述像元的天空指數(shù)小于0.5時(shí)，所述大氣渾濁度指數(shù)為

ati＝0.8×aodn+0.2×si/bi(5)

其中，ati、bi、si為所述大氣渾濁度指數(shù)、亮度指數(shù)、天空指數(shù)。

需要說明的是，所述大氣渾濁度指數(shù)是一個(gè)0到1之間的歸一化判定值，數(shù)值越接近0，代表污染越輕，數(shù)值越接近1代表污染越嚴(yán)重。

步驟120、確定第一、第二大氣污染判定閾值。

在步驟120中，所述第一大氣污染判定閾值為0.3，所述第二大氣污染判定閾值為0.7。

步驟121、根據(jù)所述第一、第二大氣污染判定閾值和大氣渾濁度指數(shù)，對(duì)所述云識(shí)別結(jié)果為晴空的天空?qǐng)D像進(jìn)行判斷，得到大氣污染判定結(jié)果。

在步驟121中，根據(jù)所述第一、第二大氣污染判定閾值和大氣渾濁度指數(shù)，對(duì)所述云識(shí)別結(jié)果為晴空的天空?qǐng)D像進(jìn)行判斷，得到大氣污染判定結(jié)果，進(jìn)一步包含：當(dāng)所述大氣渾濁度指數(shù)大于等于0且小于等于第一大氣污染判定閾值時(shí)，所述晴空區(qū)域的大氣污染判定結(jié)果為空氣優(yōu)；當(dāng)所述大氣渾濁度指數(shù)大于第一大氣污染判定閾值且小于等于第二大氣污染判定閾值時(shí)，所述晴空區(qū)域的大氣污染判定結(jié)果為空氣良；當(dāng)所述大氣渾濁度指數(shù)大于第二大氣污染判定閾值且小于等于1時(shí)，所述晴空區(qū)域的大氣污染判定結(jié)果為空氣差。

本發(fā)明提供了一種方法可以在晴空有效、快速、準(zhǔn)確判定大氣污染情況，為云和霾的微物理、光學(xué)特性的研究提供了有效的幫助。

圖7為利用經(jīng)驗(yàn)種子線性擬合云分界線示意圖。

在所述二維散點(diǎn)圖中，所述第一經(jīng)驗(yàn)種子t1’的坐標(biāo)值為(0.1，0.64)，所述第二經(jīng)驗(yàn)種子t2’的坐標(biāo)值為(0.35，0.31)，所述第三經(jīng)驗(yàn)種子t3’的坐標(biāo)值(0.7，0.12)，所述第四經(jīng)驗(yàn)種子t4’的坐標(biāo)值(0.8，0.05)，根據(jù)所述第一經(jīng)驗(yàn)種子、第二經(jīng)驗(yàn)種子、第三經(jīng)驗(yàn)種子、第四經(jīng)驗(yàn)種子采用分段線性擬合的方式得到的云分界線為一條折線。

所述云分界線上方的點(diǎn)表示晴空，所述云分界線下方的點(diǎn)表示云，所述云分界線上的點(diǎn)表示晴空和云的分界區(qū)。

圖8為利用經(jīng)驗(yàn)種子曲線擬合云分界線示意圖。

在所述二維散點(diǎn)圖中，所述第一經(jīng)驗(yàn)種子t1’的坐標(biāo)值為(0.1，0.64)，所述第二經(jīng)驗(yàn)種子t2’的坐標(biāo)值為(0.35，0.31)，所述第三經(jīng)驗(yàn)種子t3’的坐標(biāo)值(0.7，0.12)，所述第四經(jīng)驗(yàn)種子t4’的坐標(biāo)值(0.8，0.05)，根據(jù)所述第一經(jīng)驗(yàn)種子、第二經(jīng)驗(yàn)種子、第三經(jīng)驗(yàn)種子、第四經(jīng)驗(yàn)種子采用最小二乘法和三次曲線法相結(jié)合的方式擬合得到的云分界線為一條曲線。

圖9為云判定閾值點(diǎn)選取方法示意圖。

在所述二維散點(diǎn)圖中，所述第一經(jīng)驗(yàn)種子t1’的坐標(biāo)值為(0.1，0.64)，所述第二經(jīng)驗(yàn)種子t2’的坐標(biāo)值為(0.35，0.31)，所述第三經(jīng)驗(yàn)種子t3’的坐標(biāo)值(0.7，0.12)，所述第四經(jīng)驗(yàn)種子t4’的坐標(biāo)值(0.8，0.05)，根據(jù)所述第一經(jīng)驗(yàn)種子、第二經(jīng)驗(yàn)種子、第三經(jīng)驗(yàn)種子、第四經(jīng)驗(yàn)種子采用最小二乘法和三次曲線法相結(jié)合的方式擬合得到的云分界線為一條曲線。

所述第一云判定閾值點(diǎn)t1、第二云判定閾值點(diǎn)t2、第三云判定閾值點(diǎn)t3、第四云判定閾值點(diǎn)t4在所述云分界線上，所述第一云判定閾值點(diǎn)的橫坐標(biāo)為0.1，所述第二云判定閾值點(diǎn)的橫坐標(biāo)為0.35，所述第三云判定閾值點(diǎn)的橫坐標(biāo)為0.7，所述第四云判定閾值點(diǎn)的橫坐標(biāo)為0.8。

所述第一云判定閾值點(diǎn)t1的縱坐標(biāo)值為所述云分界線上橫坐標(biāo)0.1對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)值，所述第二云判定閾值點(diǎn)t2的縱坐標(biāo)值為所述云分界線上橫坐標(biāo)0.35對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)值，所述第三云判定閾值點(diǎn)t3的縱坐標(biāo)值為所述云分界線上橫坐標(biāo)0.7對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)值，所述第四云判定閾值點(diǎn)t4的縱坐標(biāo)值為所述云分界線上橫坐標(biāo)0.8對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)值。

所述第一云判定閾值點(diǎn)t1與所述第一經(jīng)驗(yàn)種子t1’的縱坐標(biāo)差的絕對(duì)值小于等于0.1，所述第二云判定閾值點(diǎn)t2與所述第二經(jīng)驗(yàn)種子t2’的縱坐標(biāo)差的絕對(duì)值小于等于0.1，所述第三云判定閾值點(diǎn)t3與所述第三經(jīng)驗(yàn)種子t3’的縱坐標(biāo)差的絕對(duì)值小于等于0.1，所述第四云判定閾值點(diǎn)t4與所述第四經(jīng)驗(yàn)種子t4’的縱坐標(biāo)差的絕對(duì)值小于等于0.1。

圖10為利用云判定閾值點(diǎn)線性擬合云分界線示意圖。

在所述二維散點(diǎn)圖中，所述第一云判定閾值點(diǎn)為t1，所述第二云判定閾值點(diǎn)為t2，所述第三云判定閾值點(diǎn)為t3，所述第四云判定閾值點(diǎn)為t4。

根據(jù)所述第一云判定閾值點(diǎn)t1、所述第二云判定閾值點(diǎn)t2，所述第三云判定閾值點(diǎn)t3、所述第四云判定閾值點(diǎn)t4，線性擬合得到的云分界線為一條折線。

需要說明的是，在圖7～9中，僅示意性地表示出少量散點(diǎn)。

還需要說明的是，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、商品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、商品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、商品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。