一种光学测风经纬仪自动跟踪及测风方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光学测风经纬仪自动跟踪及测风方法，可用于气象探测的空中风 的测量，可对气象气球进行自动跟踪。
【背景技术】
[0002] 现有的光学测风经纬仪采用人工观测的方式，人工操作具有滞后性，人工误差较 大，同时，人工观测反应速度慢，经常会发生跟踪目标"丢失"的现象。对于目标的跟踪无法 自动识别和跟踪，测风精度受到影响。另外，目前测风中普遍采用单基线和双基线测风，存 在较大测量误差。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种光学测风经纬仪自动跟踪及测风方法，其能自动检测 出视频图像中的气象气球等目标，并能不断调整摄像头焦距、经纬仪的方位和俯仰角度，使 目标的中心一直处于跟踪窗口的中心，并利用三条基线分别观测获得目标位置，最后利用 加权算法综合确定气球接近于真实的空中位置坐标，从而计算出空中风的矢量，其结构简 单、可靠。
[0004] 本发明的技术方案是这样实现的：一种光学测风经纬仪自动跟踪及测风方法，其 中光学测风经纬仪，由基座、通讯接口、视频采集系统、读数装置、伺服系统、变焦系统、信 号处理和控制系统组成；其特征在于：光学测风经纬仪通过基座中的三个脚螺旋调整水平 后；并由经纬仪的望远镜对准测风气球，其望远镜与读数装置固定，伺服系统带动望远镜转 动，读数装置会指示方位角和俯仰角读数，然后施放测风气球；变焦系统自动调节望远镜的 焦距，使获得的测风气球的图像清晰；伺服系统调整望远镜的方位和俯仰角度，使图像中 的气球位于跟踪视窗的中心；通信接口读取经纬仪的方位角和俯仰角的数值，同时也接收 控制命令；根据气象目标特征，从视频序列图像中，包含有气象气球的观测图像中识别出气 象测风气球，并确定气象目标的形心位置作为目标空中位置，即先确定目标物的形心后，以 形心的位置作为目标物的空中位置；由三台同类型的自动跟踪光学测风经纬仪组成三条基 线，每条基线的两端都布置动跟踪光学测风经纬仪，由第一条基线上的光学测风经纬仪观 测气象目标并确定目标的方位、仰角及气球在空中的位置坐标，这个位置坐标与目标真实 空中位置存在偏差；同理，可以获得另外两条基线确定的目标的空中位置坐标，这三个位置 坐标可组成一个三角形，利用根据概率分布特点和加权的方法，可确定目标在三角形中的 位置即为所求气象目标空中的真实位置，最后利用空中风的算法，算取空中风；其具体的方 法按如下步骤实现： 1)图像识别与跟踪 通过光学测风经纬仪望远镜可不断获取目标物的视频图像，即视频序列，通过图像预 处理，然后进行图像的边缘检测，提取目标物的特征，进行运动目标的识别，最后通过调整 伺服系统的方位仰角，使目标物的形心与视窗中心重合，即实现对目标物的跟踪； I. 1图像预处理 图像滤波采用相邻3x3区域像素点的灰度值进行中值平均的方法，剔除噪声点； 图像均衡化采用直方图均衡化的方法，扩大前景和背景的灰度差别。
[0005] 1. 2图像边缘检测 通过光学测风经纬仪的视频采集装置，可获得包含目标物的视频序列。将视频序列的 图像分成连续变化的图像，然后再将这些图像进行预处理，其中图像分割是要进行的预处 理，图像分割采用阈值法中的最大类间方差法即将图像分成两类，使其类内方差最小，类间 方差最大；由于气象目标图像与天空背景存在明显差异，因此，寻找一合理分割阈值即可分 割前景和背景图像； 具体算法为：图像的灰度范围是G {0，1，…，L-1}，设阈值为t，将原始图像划分为C。， C1两部分，N为像素总数，L为总灰度值，n i为灰度值为i的像素数，i, k分别为C (!、C1的灰 度值，则CQ={0，1，"^thC1= {t+1，t+2，…，L-1}，灰度值为i像素出现的概率为Pi=VU, 则Q1类的平均灰度级为：
【主权项】
1. 一种光学测风经纬仪自动跟踪及测风方法，其中光学测风经纬仪，由基座、通讯接 口、视频采集系统、读数装置、伺服系统、变焦系统、信号处理和控制系统组成；其特征在于： 光学测风经纬仪通过基座中的三个脚螺旋调整水平后；并由经纬仪的望远镜对准测风气 球，其望远镜与读数装置固定，伺服系统带动望远镜转动，读数装置会指示方位角和俯仰角 读数，然后施放测风气球；变焦系统自动调节望远镜的焦距，使获得的测风气球的图像清 晰；伺服系统调整望远镜的方位和俯仰角度，使图像中的气球位于跟踪视窗的中心；通信 接口读取经纬仪的方位角和俯仰角的数值，同时也接收控制命令；根据气象目标特征，从视 频序列图像中，包含有气象气球的观测图像中识别出气象测风气球，并确定气象目标的形 心位置作为目标空中位置，即先确定目标物的形心后，以形心的位置作为目标物的空中位 置；由三台同类型的自动跟踪光学测风经纬仪组成三条基线，每条基线的两端都布置动跟 踪光学测风经纬仪，由第一条基线上的光学测风经纬仪观测气象目标并确定目标的方位、 仰角及气球在空中的位置坐标，这个位置坐标与目标真实空中位置存在偏差；同理，可以获 得另外两条基线确定的目标的空中位置坐标，这三个位置坐标可组成一个三角形，利用根 据概率分布特点和加权的方法，可确定目标在三角形中的位置即为所求气象目标空中的真 实位置，最后利用空中风的算法，算取空中风；其具体的方法按如下步骤实现： 1)图像识别与跟踪 通过光学测风经纬仪望远镜可不断获取目标物的视频图像，即视频序列，通过图像预 处理，然后进行图像的边缘检测，提取目标物的特征，进行运动目标的识别，最后通过调整 伺服系统的方位仰角，使目标物的形心与视窗中心重合，即实现对目标物的跟踪； 1.1图像预处理 图像滤波采用相邻3x3区域像素点的灰度值进行中值平均的方法，剔除噪声点； 图像均衡化采用直方图均衡化的方法，扩大前景和背景的灰度差别； 1. 2图像边缘检测 通过光学测风经纬仪的视频采集装置，可获得包含目标物的视频序列，将视频序列的 图像分成连续变化的图像，然后再将这些图像进行预处理，其中图像分割是要进行的预处 理