基于数字图像处理技术的区域降雨均匀度测量装置的制作方法

本实用新型涉及人工降雨参数测定或喷灌器材参数测定技术领域，尤其涉及一种基于数字图像处理技术的区域降雨均匀度测量装置。

背景技术：

当前测量降雨均匀度的方法主要有以下几种：一种是采用多个雨量计在指定区域内按照一定的形式布设，测定一段时间后折算降雨均匀度，如，目前广泛应用的下喷式人工降雨装置。该种降雨测量装置是通过多个不同流量段喷头组合形成，可以模拟一定强度和均匀度的降雨，不同的喷头形成的降雨区域均是圆形，但是不同高度或同一高度时圆形区域内的强度分布存在差异，因此测量结果的准确度低。另一种测量方法是采用激光雨滴谱仪对指定小区域内的雨滴分布进行测量

针对上述两种现有技术，存在一些弊端，第一种方式由于雨量计的摆布位置是人为设定，因此整个装置在布局时存在较大的主观因素，而雨量计的摆布位置就对均匀度的计算有较大影响，因此，会造成测量数据不准确。不仅如此，该方法很难测定不同高度位置的降雨均匀度。同时采用此类方法时测定过程中占用试验区场地，往往在测定完成后需要关闭降雨器，重新布设试验区域等，增加试验过程中的不确定性，影响试验效率。另一种方法由于受测量原理限制，测定的区域非常小，一般只用来测定雨滴直径的组成，难以实现较大区域内降雨均匀度的测量。

综上所述，现有的测量降雨的均匀度的方法，由于测量设备以及测量原理等因素的影响，导致降雨均匀度测量结果不准确。

技术实现要素：

本实用新型提供一种基于数字图像处理技术的区域降雨均匀度测量装置，以解决现有中由于测量设备以及测量原理等因素，造成测量数据不准确。

为了解决上述问题，本实用新型公开了一种基于数字图像处理技术的区域降雨均匀度测量装置，所述装置包括：一字激光发生器、高速同步器、图像校正标志、数字图像处理器以及两个摄影器；所述一字激光发生器水平对准待测区域设置，所述一字激光发生器所发出的光束水平穿过待测区域，两个所述摄影器位于所述待测区域后方且紧邻所述待测区域，所述摄影器的聚焦中心为所述待测区域中心；所述图像校正标志设置在所述摄影器的拍摄视场内，并且数字图像处理器中记录有各图像校正标志之间的距离和位置坐标；所述高速同步器分别与所述一字激光发生器和所述摄影器连接；所述高速同步器按照预设时间间隔，控制所述一字激光发生器发出光束，同时控制所述摄影器对所述待测区域进行图像拍摄，所述一字激光发生器发出的光束经所述待测区域中的雨滴折射后，分别在两个所述摄影器拍摄的图像中成像；所述摄影器拍摄预设数量组图像，所述数字图像处理器对所述摄影器拍摄的图像进行分析，得到区域降雨均匀度空间分布图。

优选地，两个所述摄影器以所述一字激光发生器的中轴线为轴线对称设置。优选地，所述光束为红光或绿光。

优选地，所述数字图像处理器对所述摄影器拍摄的图像进行近景摄影测量分析，得到被激光束照亮的雨滴的空间三维分布图，以生成区域降雨均匀度空间分布图。

优选地，所述数字图像处理器包括：立体像对提取单元、立体像生成单元、平面截取单元、叠加单元以及空间分布图生成单元；所述立体像对提取单元从每个图像对中提取包含的各立体像对，每个立体像对应一个点位，两个摄影器在同一时刻拍摄的图像为图像对；所述立体像生成单元针对每个立体像对，生成立体像，得到每个图像对的立体像空间分布，其中，每个立体像则为一个光斑；所述平面截取单元针对各立体像空间分布，截取立体像分布截面；所述叠加单元将生成的全部立体像截面叠加，得到相同待测区域、同一点位立体像的叠加个数；所述空间分布图生成单元依据叠加得到的相同待测区域、同一点位的立体像叠加个数，生成区域降雨均匀度空间分布图。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型实施例提供的基于数字图像处理技术的区域降雨均匀度测量装置，将一字激光发生器正对待测区域设置，一字激光发生器所发出的光束水平穿过待测区域设置，两个摄影器位于待测区域后方且紧邻待测区域，图像校正标志设置在摄影器的拍摄视场内，并且数字图像处理器中记录有各图像校正标志之间的距离和位置坐标。高速同步器分别与一字激光发生器和摄影器连接；高速同步器用于按照预设时间间隔，控制一字激光发生器发出光束，同时控制摄影器对待测区域进行图像拍摄，一字激光发生器发出的光束经待测区域中的雨滴折射后，分别在摄影器拍摄的图像中成像；摄影器拍摄预设数量组图像，数字图像处理器对摄影器拍摄的图像进行分析，得到区域降雨均匀度空间分布图。可见，通过本实用新型提供的基于数字图像处理技术的区域降雨均匀度测量装置，基于对雨滴的折射光生成的图像进行相应的图像分析可以准确测量出区域降雨均匀度，且该装置不受人为因素以及设备因素的影响，同时，由于一字激光发生器发出的光束处于地面之上，不受地形因素的影响，测量的降雨均匀度分布结果更加准确。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本实用新型实施例的基于数字图像处理技术的区域降雨均匀度测量装置的结构框图；

图2本实用新型实施例二的数字图像处理器的结构框图；

图3是激光照射雨滴时的光路示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

参照图1，示出了本实用新型实施例一的一种基于数字图像处理技术的区域降雨均匀度测量装置的结构框图。

本实用新型实施例的基于数字图像处理技术的区域降雨均匀度测量装置包括：一字激光发生器101、高速同步器102、数字图像处理器103、第一摄影器104、第二摄影器105以及图像校正标志106。。

一字激光发生器101水平对准待测区域，一字激光发生器101所发出的光束水平穿过待测区域设置，第一摄影器104以及第二摄影器105位于待测区域后方且紧邻待测区域，第一摄影器104以及第二摄影器105以一字激光发生器101的中轴线为轴线对称设置，摄影器的聚焦中心为待测区域中心，一字激光器所发出光束为红光或绿光，图像校正标志106设置在摄影器的拍摄视场内，并且数字图像处理器103中记录有各图像校正标志之间的距离和位置坐标。

高速同步器102分别与一字激光发生器101和第一摄影器104、第二摄影器105连接；高速同步器102按照预设时间间隔，控制一字激光发生器101发出光束，同时控制第一摄影器104以及以及第二摄影器105对待测区域进行图像拍摄，一字激光发生器101发出的光束经待测区域中的雨滴折射后，分别在第一摄影器104以及第二摄影器105拍摄的图像中成像。

摄影器拍摄预设数量组图像，数字图像处理器103对摄影器拍摄的图像基于近景摄影测量原理进行图像分析，得到被激光束照亮的雨滴的空间三维分布图，以生成区域降雨均匀度空间分布图。

其中，摄影器可以为高速高清摄像机，摄影器在进行图像拍摄时，每隔预设时间间隔从视屏中提取单帧画面作为所拍摄的图像。

需要说明的是，一字激光器是一种方便实用的定位工具。可广泛用于测量降雨均匀度或者其他的测量过程的定位工具。

一字线激光器线条清晰，小巧，易于安装，可为本实用新型提供准确的定位技术，可安装在使用机械的垂直或水平面上，提供一条可见的激光标线，使得在整个对降雨测量过程中产生一条可见的、非接触的定位线，方便生产操作和提高生产效率的优点，并且激光线可在三维空间任意微调，已达到最佳使用效果，激光器的水平入射光束厚度为2至6毫米的光线，因此，待测区域的厚度为2至6毫米。

将两个摄影器设置在位于待测区域后方且紧邻所述待测区域，两个摄影器以一字激光发生器的中轴线为轴线对称设置，摄影器的聚焦中心为待测区域中心，且高速同步器按照预设时间隔控制一字激光发生器发出光束，需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际情况对预设时间间隔进行选择，可以将预设时间间隔设置为5ms、6ms、10ms等，对此不作具体限制。

该时间间隔为激光发出至在雨滴中完成折射所需的时间，该时间间隔与一字激光发生器与待侧区域间的间隔、以及待测雨滴大小有关。

当高速同步器按照预设时间间隔控制一字激光发生器发出光束的同时，由于高速同步器分别与一字激光发生器与第一摄影器以及第二摄影器连接，当一字激光发生器发出光束的同时，两个摄影器会同时对待测区域进行拍摄，并且生成图像，生成的图像为一字激光发生器发出的光束经过雨滴折射后所拍摄的图像。

需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际情况对图像的数量进行设定，为了使得测量数据的准确性，每个摄影器可以拍摄多种图像，例如：3组、4组或者5组等，对此不作具体限制，且每组中的图片可以为5张，6张或8张等任意数量。

本实用新型实施例提供的基于数字图像处理技术的区域降雨均匀度测量装置，将一字激光发生器正对待测区域设置，激光发生器所发出的光束水平穿过待测区域设置，两个摄影器位于待测区域后方且紧邻待测区域，图像校正标志设置在摄影器的拍摄视场内，并且数字图像处理器中记录有各图像校正标志之间的距离和位置坐标。摄影器高速同步器用于按照预设时间间隔，控制一字激光发生器发出光束，同时控制摄影器对待测区域进行图像拍摄，一字激光发生器发出的光束经待测区域中的雨滴折射后，分别在摄影器拍摄的图像中成像；摄影器拍摄预设数量组图像，数字图像处理器对摄影器拍摄的图像进行分析，得到区域降雨均匀度空间分布图。可见，通过本实用新型提供的基于数字图像处理技术的区域降雨均匀度测量装置，基于对雨滴的折射光生成的图像进行相应的图像分析便可以准确测量出区域降雨均匀度，且该装置不受人为因素以及设备因素的影响，测量的降雨均匀度分布结果更加准确。

实施例二

依然参照图1，对本实用新型实施例二的基于数字图像处理技术的区域降雨均匀度测量装置进行说明。

本实用新型实施例的基于数字图像处理技术的区域降雨均匀度测量装置包括：一字激光发生器101、高速同步器102、数字图像处理器103、第一摄影器104、第二摄影器105以及图像校正标志106。

一字激光发生器101水平对准待测区域，且一字激光发生器101所发光出光束水平对准待测区域，光束为红光或绿光。

第一摄影器104以及第二摄影器105位于待测区域后方且紧邻待测区域，第一摄影器104以及第二摄影器105以一字激光发生器101的中轴线为轴线对称设置，两个摄影器的聚焦中心均为待测区域中心，其中，两个摄影器以一字激光发生器的中轴线为轴线对称设置。图像校正标志106设置在摄影器的拍摄视场内，并且数字图像处理器103中记录有各图像校正标志106之间的距离和位置坐标。高速同步器102分别与一字激光发生器101和第一摄影器104、第二摄影器105连接；高速同步器102按照预设时间间隔，控制一字激光发生器101发出光束，同时控制第一摄影器104以及以及第二摄影器105对待测区域进行图像拍摄，一字激光发生器101发出的光束经待测区域中的雨滴折射后，分别在第一摄影器104以及第二摄影器105拍摄的图像中成像。

其中，激光照射雨滴时的光路图如图3所示。从图3中可知，激光照射雨滴时，会产生两次反射以及两次折射，光线的具体走向参见图3所示。

摄影器拍摄预设数量组图像，数字图像处理器103对摄影器拍摄的图像基于近景摄影测量原理进行图像分析，得到区域降雨均匀度空间分布图。

需要说明的是，一字激光器是一种方便实用的定位工具。可广泛用于测量降雨均匀度或者其他的测量过程的定位工具。

将两个摄影器设置在位于待测区域后方且紧邻所述待测区域，两个摄影器以一字激光发生器的中轴线为轴线对称设置，摄影器的聚焦中心为待测区域中心，且高速同步器按照预设时间隔控制一字激光发生器发出光束，需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际情况对预设时间间隔进行选择，可以将预设时间间隔设置为几毫秒，例如：5毫秒，6毫秒，8毫秒等，本实用新型实施例中对此不作具体限制。

高速同步器按照预设时间间隔控制一字激光发生器发出光束的同时，控制两个摄影器会对待测区域进行拍摄，并且生成图像，且生成的图像为一字激光发生器发出的光束经过雨滴折射后所拍摄的图像。

需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际情况对图像的数量进行设定，为了使得测量数据的准确性，可以每个摄影器可以拍摄多组图像，例如3组、4组或者5组等，对此不作具体限制，且每组中包含5张图像。

摄影器拍摄的图像可以通过无线网络实时发送至数字图像处理器，也可以在全部图像拍摄完成后，由技术人员将摄影器所拍摄图像拷贝至数据图像处理器。

对摄影器采集到的多组图像，通过数字图像处理器进行近景摄影测量分析，即可得到得到被激光束照亮的雨滴的空间三维分布图，以生成区域降雨均匀度空间分布图，分布图生成原理如下：数字图像处理器的结构框图如图2所示，数字图像处理器103包括：立体像对提取单元1031、立体像生成单元1032、平面截取单元1033、叠加单元1034以及空间分布图生成单元1035。数字图像处理器中包含的各单元为具有数据处理能力的硬件模块，该硬件模块中烧写有计算机程序。

先对拍摄的图像进行校正，图像校正标志个数为四个。在进行图像校正时，需要应用到图像校正标志，将各图像校正标志的像作为校正基准进行图像校正。

通过上述方式，对各组图像中的各张图像进行校正，得到校正后的各组图像。

立体像对提取单元1031从每个图像对中提取包含的各立体像对，每个立体像对应一个点位，两个摄影器在同一时刻拍摄的图像为图像对。

立体像对将校正后的图像中对雨滴立体图像进行提取。由于摄影器拍摄的图像为平面图像，在对区域降雨均匀度检测过程中，使用平面图像来进行均匀度的检测并不方便，此时需要对图像中的立体像对进行提取。

首先，立体像对是两张同一地区的遥感影像，从不同角度进行拍摄，获得的具有重叠区域，在一定条件下，使用专业仪器或者肉眼可以看到立体影像，通过立体影像可以进行包括测量，生成DEM(Digital Elevation Model，数字高程模型)，它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型。DEM除了包括地面高程信息外，还可以派生地貌特性，包括坡度、坡向等，还可以计算地形特征参数，包括山峰、山脊、平原、位面、河道和沟谷等。

对图像中立体相对的提取可以采用基于合成孔径雷达立体影像生成DEM的方法。由于微波具有穿透云雾、雨雪等特点，使得合成孔径雷达能够不受天气和时间的限制扫描成像。

或者采用基于ASTER遥感立体像对的DEM提取，ASTER卫星传感器是可以拍摄立体像对传感器中的代表，具有数据质量稳定、覆盖广泛、价格低廉的特点。

需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际情况对立体像对提取的方法进行选择，对此不作具体限制。本实用新型实施例中，提取立体相对还原雨滴的立体像。

将上述立体像对提取单元提取好的像对，通过立体像生成单元1032针对每个立体像对，生成立体像，得到每个图像对的立体像空间分布，其中，每个立体像则为一个光斑。

平面截取单元1033针对各立体像空间分布，截取立体像分布截面。

所截的具体截面依据拍摄时一字激光发生器所发生光线的粗细息息相关。

叠加单元1034将生成的全部立体像截面叠加，得到相同待测区域、同一点位立体像的叠加个数。

对提取的全部立体图像界面进行叠加也可以使用PS对光斑进行叠加，得到在同一待测区域同一点位的光斑的个数，方便后续的处理。当然除了使用PS(Adobe Photoshop，图像处理软件)对立体图像叠加之外还可以使用ENVI软件对立体图像进行叠加。

具体地，首先在ENVI中打开遥感图像和矢量图，如果想实现叠加的功能，图像必须有地理编码。所以必须利用地面控制点GCP对试验区的遥感图像进行配准，GCP是在原始图像空间与标准(校正)空间(如矢量图)上寻找的同名点，GCP必须比较精确，它直接影响几何精校正的精度，因而同名点都选择在研究区中容易精确定位的特征点(如小水塘、线状地物的交叉点等)。若GCP选择不精确、GCP数目过少、GCP分布不合理或畸变数学模型不能很好地反映几何畸变过程，则会造成几何校正的精度下降。

利用ENVI软件进行了遥感图像和矢量图的叠加，得到遥感图像和矢量图综合显示的地图，拥有比单纯的矢量线划地图丰富得多的信息量，具有直观易读的特点，为人们的视觉直接感知的可视化表达程度及辅助决策的准确度。

空间分布图生成单元1035依据叠加得到的相同待测区域、同一点位的立体像叠加个数，生成区域降雨均匀度空间分布图。

本实用新型实施例提供的基于数字图像处理技术的区域降雨均匀度测量装置，将一字激光发生器正对待测区域设置，激光发生器所发出的光束水平穿过待测区域设置，两个摄影器位于待测区域后方且紧邻待测区域，图像校正标志设置在摄影器的拍摄视场内，并且数字图像处理器中记录有各图像校正标志之间的距离和位置坐标。摄影器高速同步器用于按照预设时间间隔，控制一字激光发生器发出光束，同时控制摄影器对待测区域进行图像拍摄，一字激光发生器发出的光束经待测区域中的雨滴折射后，分别在摄影器拍摄的图像中成像；摄影器拍摄预设数量组图像，数字图像处理器对摄影器拍摄的图像进行分析，得到区域降雨均匀度空间分布图。可见，通过本实用新型提供的基于数字图像处理技术的区域降雨均匀度测量装置，基于对雨滴的折射光生成的图像进行相应的图像分析便可以准确测量出区域降雨均匀度，且该装置不受人为因素以及设备因素的影响，测量的降雨均匀度分布结果更加准确。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上对本实用新型所提供的一种基于数字图像处理技术的区域降雨均匀度测量装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、电子系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本实用新型也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本实用新型的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本实用新型的最佳实施方式。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简公开并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本实用新型的各个部件实施例可以以硬件实现，或者在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本实用新型实施例的客户端设备中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本实用新型还可以实现用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本实用新型的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。