全天空成像儀原理及構(gòu)造

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全天空成像儀主要的部件有：照相機(jī)、帶有加熱裝置的半球鏡面、鏡面上方的遮光帶以及下方的電子設(shè)備系統(tǒng)。該儀器可以在白天自動(dòng)進(jìn)行全天空云量的持續(xù)監(jiān)測(cè)，其工作原理是：通過(guò)儀器上方的照相機(jī)垂直向下拍攝帶有加熱裝置的半球鏡面，得到當(dāng)時(shí)天空所呈現(xiàn)的圖像，并將拍攝得到的圖像自動(dòng)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)上進(jìn)行云量計(jì)算和處理。大氣、云粒子對(duì)可見(jiàn)光具有不同的散射原理：大氣分子對(duì)可見(jiàn)光的散射與λ4成反比，如果天空為晴空，對(duì)藍(lán)光波段的散射遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)紅光波段的散射，因此晴空呈現(xiàn)藍(lán)色；設(shè)備安裝簡(jiǎn)單，完全模塊化安裝，設(shè)備可采用通風(fēng)和供熱裝置，不因天氣的變化而影響成像裝置。而云粒子對(duì)可見(jiàn)光的散射，在不同的波段散射的程度是相當(dāng)?shù)?，因此云體呈現(xiàn)白色。根據(jù)不同的散射原理，可以從圖像信息值（RGB值）中區(qū)分云與藍(lán)天。自然界中的可見(jiàn)光都是按照一定的比例混合而得到，任意一種顏色都可以用紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三色混合而成，圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)均含有RGB三個(gè)亮度值，而RGB值在一定程度上反映了紅（中心波段為650nm）、綠（中心波段為570nm）、藍(lán)（中心波段為450nm）這三個(gè)波段的輻射強(qiáng)度。因此，首先提取圖像中的信息值（RGB值），計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)的紅藍(lán)比值（定義為：R/B），然后設(shè)定合理的閾值來(lái)判別像元點(diǎn)是否為云點(diǎn)，這種方法被稱為閾值識(shí)別法。

全天空成像儀技術(shù)特點(diǎn)

（1）可以自動(dòng)進(jìn)行全天空云量的持續(xù)性觀測(cè)，時(shí)空分辨率較高，得到的云量計(jì)算結(jié)果較人工目測(cè)、衛(wèi)1星探測(cè)的結(jié)果更精1確；

（2）采集全天24小時(shí)可見(jiàn)光彩色1圖像，當(dāng)日觀測(cè)拍攝結(jié)束生成當(dāng)日所有圖像的動(dòng)畫視頻。

（3）設(shè)備采用的太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，防止太陽(yáng)直射入射光破壞成像器。

（4）設(shè)備采用防雨和監(jiān)控裝置，可以在戶外工作。

（5）設(shè)備小的采集頻率是3秒/幅圖片。

（6）設(shè)備軟件有云檢測(cè)、云量和能見(jiàn)度數(shù)據(jù)的估算和處理。

（7）環(huán)境密封，長(zhǎng)壽命工作。

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數(shù)字天空成像儀

數(shù)字天空成像系統(tǒng)——紅外云天儀通過(guò)對(duì)全天空進(jìn)行立體掃描測(cè)量紅外溫度而形成全天空紅外輻射亮溫分布圖，紅外云天儀可替代以往云觀測(cè)手段，獲得全天時(shí)、對(duì)天空云狀和云量的區(qū)分更加細(xì)化的客觀定量云觀測(cè)數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)多年多地外場(chǎng)觀測(cè)試驗(yàn)和比對(duì)，表明該儀器性能穩(wěn)定可靠，可獲取高時(shí)間分辨率的云信息。該儀器由大氣所自主研發(fā)，先后獲得基1金委科研儀器基礎(chǔ)專項(xiàng)和氣象行業(yè)專項(xiàng)的支持，2010年取得國(guó)家發(fā)明專利ZL 200910222988.5；想要了解更多全天空成像儀的相關(guān)資訊，歡迎撥打圖片上的熱線電話。2011年，大氣所將“紅外云天儀”專利使用權(quán)獨(dú)1家轉(zhuǎn)讓給江蘇省無(wú)線電科學(xué)研究所有限公司，用于面向中國(guó)氣1象局業(yè)務(wù)系統(tǒng)云自動(dòng)化觀測(cè)儀器開(kāi)發(fā)。該公司負(fù)責(zé)產(chǎn)品工藝、環(huán)境適應(yīng)性、可靠性等硬件部分工程化轉(zhuǎn)化和改進(jìn)，大氣物理研究提供相關(guān)技術(shù)支持以及改進(jìn)反演算法，目前該儀器已經(jīng)在部分氣1象局推廣使用。

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便攜式全天空成像儀

便攜式天空成像儀采用天氣預(yù)報(bào)的氣候儀器和模型基本上可以測(cè)量所有的天氣環(huán)境參數(shù)，只有云量無(wú)法采用儀器準(zhǔn)確獲得，還是依賴人眼觀察云量。但是人眼觀察云量是不可靠的，不精1確的。這樣，云層底部高度/云底高度的概念就引入到氣候模型中，采用LIDAR可以精1確完成點(diǎn)源云量測(cè)量，但是僅僅測(cè)量一點(diǎn)的云底高度。因此，首先提取圖像中的信息值（RGB值），計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)的紅藍(lán)比值（定義為：R/B），然后設(shè)定合理的閾值來(lái)判別像元點(diǎn)是否為云點(diǎn)，這種方法被稱為閾值識(shí)別法。

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