一种极光活动监测系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种极光活动监测系统。包括：用于极光全天空成像的鱼眼镜头、用于将极光全天空成像生成极光模拟视频信号的低照度工业相机、用于控制低照度工业相机的相机控制器、及用于将极光模拟视频信号转换为数字化视频并通过与网络连接为外界提供在线视频流功能的视频编码器，鱼眼镜头安装在低照度工业相机的前端，低照度工业相机通过BNC线缆与视频编码器连接，相机控制器与低照度工业相机电连接。本发明实现了极弱光照条件下的极光良好成像，并且能够提供在线视频流功能，实现了完全无人值守的自动化观测，具有安装及操作方便、成本低、成像质量较好、在线视频流输出和定时图像采集等优点，能够满足极光活动实时监控的需求。
【专利说明】一种极光活动监测系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及环境数据【技术领域】，尤其涉及一种极光活动监测系统。
【背景技术】
[0002] 极光是太阳活动产生的太阳风等离子体与地球大气相互作用产生的极区大气发 光现象，是影响人造卫星、空间站运行以及人类航天活动安全的灾害性空间天气活动的重 要指示器，是世界各国极地考察研究的重要目标对象。人类赖以生存的日地系统，伴随着太 阳的活动，通过专用仪器设备能够在地球空间监测地磁场变化、电离层扰动等空间环境的 变化，而极光作为唯一能够被肉眼看到的高空大气物理现象，在空间环境研究及空间天气 预报等领域早就受到重视，近几十年来在南北极科学考察站得到了持续的监测，并发展了 较为系统的成像观测设备。由于地磁场的特殊位形，极光经常出现在离地磁极25°?30° 的范围极光椭圆（或称为极光卵）内，即在南极洲和环北极国家的部分高纬地区才能亲眼 看到那绚丽多彩而又美轮美奂的极光。国际上一些研究机构根据太阳活动等实时观测数 据，构建了极光活动的预报模型，给出何时在何地可能会看到极光供旅游者和极光摄影爱 好者参考，但预报的准确性程度还不是很高，加上当地的气象条件的不确定性很难保证每 次的出行都令人满意。
[0003] 在极光成像观测上，早期采用的是低照度下高灵敏度的极光电视摄像系统，随着 CCD相机技术的发展特别是EMCCD相机的出现，采用滤光片的单色极光成像成为主流观测 设备。分别说明如下：
[0004] 技术1 :图1是低照度下高灵敏度的极光电视摄像系统。低照度下高灵敏度的极光 电视摄像系统【杨惠根，刘瑞源，黄德宏，菊池雅行，佐藤夏雄，小野高幸，港屋浩一， 田玮；"极光全天空视频图像分析系统"，地球物理学报；1997年05期】的工作流程图如图1 所示，利用高灵敏度的SK-5型摄像机经过控制器调整增益、叠加帧数和灵敏度来实现低照 度下的极光视频的摄像。时基校正器对经过控制器后的视频图像和经过手动调整后的来自 时钟发生器的日期和时间信息进行迭加处理，最终合成可被激光视盘读写器（每20秒记录 一帧，用于快速检索）和三台Hi8型录像机（用于数据共享和备份）记录。切换开关可以 实现Hi8型录像机和激光视盘读写器的图像监视和图像打印。中山站在1995年安装了该 型号的摄像系统，直到2011年由于设备老化的原因退役，为中国极地考察累积了超过一个 太阳周期（11年）的连续观测资料，作为早期的极光监测设备，低照度下高灵敏度电视极光 摄像系统为空间环境监测做出了巨大贡献。
[0005] 技术2 :图2是单色极光成像系统，是最新的较为流行的南北极台站使用的商用单 色极光成像系统。其主要部件及描述如下：鱼眼镜头1可以收集全视野即视野范围F0V为 180 °的极光活动情况，光路经准直透镜2后再由安装在滤光轮3上的滤光片后，由中继透 镜5和后端的光路调整为合适的成像面积和成像角度最终成像在EMCCD相机6上。滤光轮 3上还可以安装多个滤光片，通过智能马达4定时对滤光片进行旋转和定位，可以实现不同 极光特征谱线的观测。目前我国南极中山站、北极ΚΗ0观测站和中冰极光观测台都安装了 同类极光成像设备。
[0006] 对于低照度下高灵敏度的极光电视摄像系统，虽然能够实现低照度下高灵敏度的 极光摄像，但系统构成复杂，主要的不足体现在以下几个方面：
[0007] 1、摄像机自身体积庞大，需要安装在室外或专用的透明罩下，几乎不具备移动 性；
[0008] 2、对控制器的增益、灵敏度和叠加帧数的调整需要人工手动完成，而且每次观测 前所有上述参数均从最小值开始，逐步调整到合适的成像质量，观测结束后恢复各参数到 最小值，调整过程耗时长。每次观测过程中，参数的相对固定后，对于极光活动期间强大的 动态范围，无法同时实现弱极光和强极光的理想观测；
[0009] 3、无法做到光控关机和定时关机，观测过程必需有人值守，以避免日出后的强光 对相机的致命性损伤；
[0010] 4、视频数字化难度高，虽然可以引入时基校正器后的视频信号给安装有视频采集 卡的计算机定时采集数字化图像，但时钟发生器上的时间和计算机上的时间很难实现同 步，造成图像上的时间和文件生成时间存在差异；
[0011] 5、视频图像分辨率不高，视频数字化输出的最大分辨率仅为320X240像素；
[0012] 6、无法实现网络在线实时视频流功能。
[0013] 对于单色极光成像系统，虽然可以实现高质量的极光成像，采用一般的C⑶相机 可以实现512X512像素，时间分辨率为10秒的极光全天空图像采集；如果采用EMC⑶相机 可以最高实现2048X2048像素，时间分辨率为4秒的极光全天空图像采集。高质量的成像 是以费用高昂的光学部件（如高端的鱼眼镜头、低通高透光率的滤光片）和成像部件（如 EMCCD相机，一般售价40-50万元）作为代价，而且系统构成也同样复杂，需要专门对操作人 员进行培训后才能开始该设备的安装、调试和观测。该技术主要的不足之处体现在以下几 个方面：
[0014] 1、单色极光成像的目标是实现极光特征谱线上的绝对测量，对于现场安装的此类 设备需要定期在光学实验室进行强度的标定，对于系统结构如此复杂，体积庞大，重量重的 设备要运回国内实验室进行标定难度大且运输成本高；
[0015] 2、系统造价和维护成本高，该技术成品成像系统一般售价为100?200万元，主要 的差异是是否采用EMCCD相机和转轮系统。对于极地科考站观测，如果要充分保障设备观 测的延续性，备用一台CCD相机是比较实际的做法，但造价不菲的EMCCD相机对于一个观测 项目来说，维护成本还是比较高的；
[0016] 3、观测环境要求高，单色极光成像系统之所以能够有很高的成像质量关键在于其 成像部件C⑶相机能够对C⑶成像芯片制冷到-60°C条件下工作，可以很好的抑制相机的噪 声，提高信噪比。但CCD相机制冷的范围有限，这就要求该成像仪必需安装在特定的观测小 屋并且要维持一个〇_5°C的室温环境，除此之外还必需保障镜头上方的透明罩在极地特殊 环境下不能结霜，以保障开阔的观测视野条件。这样的室温条件不适合采集电脑的存放，一 般情况是将采集电脑放置在另外的工作间，CCD相机和计算机采集卡间通过线缆相连。带 来的问题是线缆可能要穿墙或走室外，对于一定长度的线缆，对极光成像仪和采集计算机 的合理布局需要事先计划好，一般需要专门设计观测小屋后才能实现整套系统的安装；
[0017] 4、无法实现网络在线实时视频流功能，该技术所生成的极光图像文件大小一般在 1?4MB，时间分辨率为2?10秒，对于现有的南北极台站的网络带宽条件下，无法实现所 有图像文件的实时传输至国内数据处理中心，更无法实现网络实时视频流功能。对于迫切 需要极光实时图像或视频的研究及监测机构或科普教育机构是一种缺憾。
【发明内容】
[0018] 本发明的目的在于提出一种极光活动监测系统，具有成本低、成像质量较好、安装 及操作方便、在线视频流输出等优点，能够满足极光活动实时监控的需求，为空间天气预报 和极光科普教育等领域提供高质量的在线极光视频资料。
[0019] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：
[0020] 一种极光活动监测系统，包括：用于极光全天空成像的鱼眼镜头、用于将极光全 天空成像生成极光模拟视频信号的低照度工业相机、用于控制低照度工业相机的相机控制 器、及用于将极光模拟视频信号转换为数字化视频并通过与网络连接为外界提供在线视频 流功能的视频编码器，所述鱼眼镜头安装在低照度工业相机的前端，所述低照度工业相机 通过BNC线缆与视频编码器连接，所述相机控制器与低照度工业相机电连接。
[0021] 其中，还包括用于控制电源供电的第一光控开关、电源适配器、靠近鱼眼镜头设置 用于监测鱼眼镜头光照条件的第一光敏探头、及用于提供网络连接的网线，所述第一光控 开关的输入端设置有连接市电的电源接口，所述第一光敏探头与第一光控开关连接，所述 第一光控开关的输出端通过电源适配器分别连接视频编码器的电源接口和低照度工业相 机的电源接口，所述网线连接视频编码器的网络接口。
[0022] 其中，还包括Ρ0Ε网络交换机、Ρ0Ε网线、及Ρ0Ε分离器，所述Ρ0Ε网络交换机的输 入端设置有连接市电的电源接口和连接外界网络的网络接口，所述Ρ0Ε网络交换机的输出 端通过Ρ0Ε网线连接视频编码器的网络接口、通过Ρ0Ε分离器连接低照度工业相机的电源 接口。
[0023] 其中，还包括用于控制Ρ0Ε网络交换机的IP电源，所述IP电源与Ρ0Ε网络交换机 电性连接。
[0024] 其中，还包括用于控制Ρ0Ε网络交换机的第二光控开关、及用于监测鱼眼镜头光 照条件的第二光敏探头，所述第二光敏探头与第二光控开关连接，所述第二光控开关与Ρ0Ε 网络交换机电性连接。
[0025] 其中，还包括相机机架，所述低照度工业相机设置在相机机架上。
[0026] 其中，所述鱼眼镜头内置有T360ND滤光片，所述鱼眼镜头自动光圈的驱动方式为 直流驱动，所述鱼眼镜头的最大光圈为f/1. 4,焦距为1. 4mm。
[0027] 其中，所述低照度工业相机的最低光照度为0. 00002勒克斯，所述低照度工业相 机可设置的快门速度和帧积分参数为【高速（1/25、1/250、1/500、1/1000、1/2000 [秒])，低 速（1、2、4、8、16、32、64、128、256[帧])】，所述相机控制器具有参数设置记忆功能。
[0028] 其中，所述视频编码器支持多个H. 264与Motion JPEG码流，可同时支持3个可 单独配置的30/25 fps帧速下最大分辨率码流，相同或限制帧速/分辨率时可支持更多码 流，可控帧速与宽带，H. 264支持VBR/CBR ;所述视频编码器支持的图像分辨率为176x120至 720x576,所述视频编码器还具有图像设置功能，所述图像设置功能包括压缩、色彩、亮度、 对比度、饱和度、旋转角度90° /180° /270°、屏幕高宽比修正的调节、图像监控、文字与 图像重叠、隐私区域遮蔽，所述视频编码器支持特定端口的配置和后期软件开发。
[0029] 有益效果：
[0030] 本发明所述的一种极光活动监测系统，由于采用鱼眼镜头与低照度工业相机的结 合，实现了极弱光照条件下的极光良好成像，视频编码器与低照度工业相机的结合，完美实 现极光视频的数字化转换并通过将视频编码器的网络接口接入网络能够提供在线视频流 功能，本发明采用了市面上成熟的鱼眼镜头、低照度工业相机及视频编码器，总造价低于2 万元，相对上述现有的两种技术动辄百万元以上的设备，性价比非常高；由于上述设备体积 小巧、重量轻，因此安装便捷、维护简单，适合安装的场地非常宽泛。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 图1是现有的低照度下高灵敏度的极光电视摄像系统的工作流程图。
[0032] 图2是现有的单色极光成像系统的结构示意图。
[0033] 图3是本发明【具体实施方式】提供的一种极光活动监测系统的结构示意图。
[0034] 图4a是利用本发明极光活动监测系统在我国南极中山站（地理坐标：69° 22' S， 76° 22'E)于2014年6月4日22:03 UT (中山站极夜期间）采集的极光全天空图像样张。
[0035] 图4b是利用本发明极光活动监测系统在我国北极黄河站（地理坐标： 78° 55' Ν，1Γ 56' E)于2014年1月4日19:07:27 UT(黄河站极夜期间）采集的极光 全天空图像样张。
[0036] 图中：
[0037] 1-鱼眼镜头；2-准直透镜；3-滤光轮；4-智能马达；5-中继透镜；6-EMCXD相机； 7_低照度工业相机；8-相机控制器；9-视频编码器；10-第一光控开关；11-电源适配器； 12-网线；13-第一光敏探头；14-Ρ0Ε网络交换机；15-Ρ0Ε网线；16-Ρ0Ε分离器；17-相机机 架。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0039] 图3是本发明【具体实施方式】提供的一种极光活动监测系统的结构示意图。如图 3所示，本发明所述的一种极光活动监测系统，包括：用于极光全天空成像的鱼眼镜头1、用 于将极光全天空成像生成极光模拟视频信号的低照度工业相机7、用于控制低照度工业相 机7的相机控制器8、及用于将极光模拟视频信号转换为数字化视频并通过与网络连接为 外界提供在线视频流功能的视频编码器9,所述鱼眼镜头1安装在低照度工业相机7的前 端，所述低照度工业相机7通过BNC线缆与视频编码器9连接，所述相机控制器8与低照度 工业相机7电连接。
[0040] 本发明所述的一种极光活动监测系统，由于采用鱼眼镜头1与低照度工业相机7 的结合，实现了极弱光照条件下的极光良好成像，视频编码器9与低照度工业相机7的结 合，完美实现极光视频的数字化转换并通过将视频编码器9的网络接口接入网络能够提供 在线视频流功能。本发明采用了市面上成熟的鱼眼镜头1、低照度工业相机7及视频编码器 9,总造价低于2万元，相对上述现有的两种技术动辄百万元以上的设备，性价比非常高；由 于本发明的极光活动监测系统所采用的上述设备具有体积小巧、重量轻的优点，因此，安装 便捷、维护简单，适合安装的场地非常宽泛。具有安装及操作方便、成本低、成像质量较好、 在线视频流输出等优点，为空间天气预报和极光科普教育等领域提供高质量的在线极光视 频资料。
[0041] 作为优选地实施方式，本方面提供了两种供电及网络连接方案，即光电感应电源 控制方案和基于Ρ0Ε供电及网络解决方案。如下所述：
[0042] 第一种供电及网络连接方案，即光电感应电源控制方案，具体包括用于控制电源 供电的第一光控开关10、电源适配器11、靠近鱼眼镜头1设置用于监测鱼眼镜头1光照条 件的第一光敏探头13、及用于提供网络连接的网线12,所述第一光敏探头13与第一光控开 关10连接，所述第一光控开关10的电源输入来源于市电，所述第一光控开关10的输出端 连接到电源适配器11分别连接视频编码器9的电源接口和低照度工业相机7的电源接口， 所述网线12连接视频编码器9的网络接口。通过将市电接入第一光控开关10,第一光控开 关10通过电源适配器11分别接入视频编码器9和低照度工业相机7,为视频编码器9和低 照度工业相机7提供所需的直流电源，网线12直连到视频编码器9。该方案可以满足一般 观测条件下的安装，解决了极光监测所需特定周边光照条件的要求，通过设置在鱼眼镜头1 附近的第一光敏探头13与第一开光控开关10相配合，进而达到依据第一光敏探头13及第 一光控开关10预先设定的光照强度阈值，实现第一光控开关10自动控制低照度工业相机 7和视频编码器9电源的开启和关闭，能够实现完全无人值守的自动化观测。通常极光的 发光强度低于满月时的地面照度，也低于日出日落前后的晨昏光强度，本发明选取了力三 JDG-20B型可调第一光控开关10,在实地操作中设置其开关感光阈值为5Lux，基本满足极 光监测所需的周边环境背景光的要求。根据第一光敏探头13探测到的光照强度，在光照低 于5Lux时（太阳高度角低于-10 °)，第一光控开关10自动控制低照度工业相机7开启， 在高于5Lux时，第一光控开关10自动控制低照度工业相机7关闭。这对在高感光条件下 工作的低照度工业相机7是非常重要的，一方面可以避免较强的周边光照造成图像过于饱 和，另一方面可以避免过强的光线造成低照度工业相机7的CCD光感器件的永久损伤。
[0043] 第二种供电及网络连接方案，即基于Ρ0Ε供电及网络解决方案，具体包括Ρ0Ε网络 交换机14、Ρ0Ε网线15、及Ρ0Ε分离器16,所述Ρ0Ε网络交换机14的输入端设置有连接市 电的电源接口和连接外界网络的网络接口，所述Ρ0Ε网络交换机14的输出端通过Ρ0Ε网线 15连接视频编码器9的网络接口、通过Ρ0Ε分离器16连接低照度工业相机7的电源接口。 本发明所述的视频编码器9支持Ρ0Ε供电和网络功能，通过一根Ρ0Ε网线15即可实现电源 和网络的接入；通过Ρ0Ε分离器16即可实现对低照度工业相机7的直流供电。此方案支持 极光活动监测系统在离站区最远100米范围内安装部署，鱼眼镜头1加低照度工业相机7 及相机控制器8总重量不足500克，非常小巧，适宜安装的场地非常宽泛。该方案适用于站 区附近较为复杂环境下的安装部署，解决了在没有现成观测栋等特殊环境下的安装要求， 视频编码器9和低照度工业相机7不再依赖其附属的电源适配器11，只需要一根Ρ0Ε网线 15就可以实现网络和电源的接入，非常适合于较远距离（100米内）的安装。
[0044] 在上述第二种供电及网络连接方案中，通过在Ρ0Ε网络交换机14电源输入前端增 加电源定时开关装置，进而实现极光监测系统的定时自动观测。所述电源定时开关装置与 Ρ0Ε网络交换机14电性连接。作为一种优选的实施方式，所述电源定时开关装置为IP电 源，所述IP电源与Ρ0Ε网络交换机14连接，对所述IP电源装置的控制可以通过网络的方 式来远程访问，以控制其指定输出端的电源的开关或设置为定时开关，来实现接入到IP电 源对应输出端口的POE网络交换机14的电源控制；作为另外一种优选的实施方式，所述电 源定时开关装置为第二光控开关、以及与所述第二光控开关配合使用的第二光敏探头，所 述第二光敏探头用于监测鱼眼镜头1的光照条件，第二光控开关根据其预先设定的光照强 度阈值以及第二光敏探头探测的光照强度，进而控制POE网络交换机14的电源开关。这两 种实施方式均可以实现无人值守自动化观测。
[0045] 综上所述，上述两种供电及网络连接方案，能够实现定时图像采集、自动开关机、 断电无需专门维护等优点，可以为整套系统提供足够的保护，在人力成本非常高昂的遥远 极地考察站，无需提供特别维护，具有极强的生命力，非常适用于远离人类居住的无人观测 站。
[0046] 还包括相机机架17,所述低照度工业相机7设置在相机机架17上。
[0047] 本发明所采用的鱼眼镜头1的最大光圈为F/1. 4,焦距为1. 4mm的Fijinon鱼 眼镜头1。当焦距为1.4_时，水平视角达到185°，可以实现全天空覆盖。另外，所述 鱼眼镜头1内置有T360ND滤光片，所述鱼眼镜头1自动光圈的驱动方式为直流驱动， 在受到强光直接照射时，可以优化成像的光亮度。所采用的低照度工业相机7采用的 是Watec WAT-120N+工业相机，其最低光照度仅为0. 00002勒克斯，通过相机控制器8 可以设置快门速度和帧积分【高速（1/25, 1/250, 1/500, 1/1000, 1/2000 [秒])，低速 (1，2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256 [帧])】可选。在极光监测实际应用中，快门速度设置为2或 4帧即可实现弱极光和星空的高质量成像要求，并且可以保证视频的不会出现积分过长造 成的类似卡顿现象。且所述相机控制器8参数已经设置，具有记忆功能，每次加电后不用重 复设置低照度工业相机7的工作参数。所采用的视频编码器9是安讯士 Q7401型视频编 码器9,将模拟摄像机整合至基于IP的视频监控系统中，该视频编码器9支持多个H. 264 与Motion JPEG码流，可同时支持3个可单独配置的30/25 fps帧速下最大分辨率码流， 相同或限制帧速/分辨率时可支持更多码流，可控帧速与宽带，H. 264支持VBR/CBR ;所述 视频编码器9支持的图像分辨率为176x120至720x576,本发明采用720X576分辨率；该 视频编码器9还具有丰富的图像设置功能，如压缩、色彩、亮度、对比度、饱和度、旋转角度 90° /180° /270°、屏幕高宽比修正的调节，和图像监控、文字与图像重叠、隐私区域遮蔽 功能等，其中，文字与图像重叠功能可以将来自观测站或Internet NTP的时间信息叠加到 监测画面中，得到当时的录像的精确时间信息；图像叠加功能可以将本单位的Logo叠加到 监测画面上，可以满足数据采集方的知识产权保护的需求；该视频编码器9还支持特定端 口的配置，在具有固定外网IP地址的台站，可以通过端口映射的方法，实现公网地址+端口 或注册域名两种方法访问实时视频流，这需要极光实时图像或视频的研究及监测机构或科 普教育机构非常方便；通过后期的软件开发，可以在观测站内的任意一台电脑上实现对视 频编码器9视频流指定时间间隔的图像采集，便于极光活动的历史检索、回放和数据统计 工作。
[0048] 综上所述，本发明所述的一种极光活动监测系统具有安装及操作方便、成本低、成 像质量较好、在线视频流输出和定时图像采集等优点，能够满足极光活动实时监控的需求， 为空间天气预报和极光科普教育等领域提供高质量的在线极光视频资料。除此之外，本发 明还具备以下优点：
[0049] 1、本发明采用了市面上成熟的鱼眼镜头1、低照度工业相机7、视频编码器9和光 控装置，总造价低于2万元，相对上述现有的两种技术动辄百万元以上的设备，性价比非常 高。除此之外，整套系统功耗只有几十瓦，相对上两种技术几百瓦的功率，非常环保和节 能；
[0050] 2、良好的成像质量和视频流输出功能：本发明可以实现的最大分辨率为D1，即 NTSC 720x480, PAL 720x576的极光成像，图像分辨率远远优于技术1低照度高灵敏度的极 光电视摄像系统的数字化图像320X240的分辨率；图像采集方面本发明可以设置1?30s 任意整数秒的数字化采集，相比技术2单色极光成像系统最高2s的时间分辨率优势非常明 显；在线服务方面，本发明可以实现全帧速、同时输出多路可独立配置的视频流，这是上两 项技术无法具备的；
[0051] 3、安装便捷、维护简单：技术1和技术2在安装过程中需要建造专用的观测小屋来 保证足够的安装空间和保温等问题，在观测过程中一般需要专人值守以处理日出强光对设 备的损伤以及意外断电后的紧急处理。本发明的极光活动监测系统体积小巧、重量轻，适合 安装的场地非常宽泛，通过采用第一光控开关10和第二光控开关可以为整套系统提供足 够的保护，而且做到了自动开关机，断电无需专门维护，在人力成本非常高昂的遥远极地考 察站，无需提供特别维护的观测设备具有极强的生命力。本发明可以适用于远离人类居住 的无人观测站；
[0052] 4、历史和在线数据服务功能：为充分利用极地科学考察站的资源，一般采用多个 设备观测同时进行。本发明的极光活动监测系统可以定时（一般设置为4秒一帧）采集，并 以极小的文件大小（25KB)保存，对于缺乏极光成像的观测（如极光气辉干涉仪FPI)提供 极光活动情况的数据支持；与单色极光成像仪协同工作时还具备以下优势：单色极光成像 仪的CCD相机制冷和回复需要大约30分钟时间，在试图远程无人观测时，为避免因为气象 条件（如云层遮罩、下雪）造成媒体记录空间的浪费（单色极光成像仪单个文件可达4MB) 和延长CCD相机的适用寿命，一般采用的策略是观察本发明的实时视频以确定当时的气象 条件和极光活动情况，再启用单色极光成像正式开始观测；
[0053] 5、多台站的实时极光监测，可用于极光和空间天气预报以及空间科学研究和科普 领域：本发明的极光活动监测系统具有造价低、安装方便、维护简单并且具有网络实时视频 功能，可以部署在多个监测点，如处在极光活动区的南北极科学考察站和无人观测站。对于 对网络带宽要求不是特别高极光活动监测系统可以为极光和空间天气预报机构提供实时 的在线视频，来检验预报模型的准确性。极光活动监测系统还可以为空间科学研究和科普 领域提供珍贵的实时极光视频资料，激发科研工作者和大众去理解和了解我们人类居住的 日地空间系统所需要解决的科学问题和面临挑战；
[0054] 6、极光活动监测系统获取的图像清晰度高：图4a是利用本发明极光活动监测系 统在我国南极中山站（地理坐标：69° 22'S，76° 22'E)于2014年6月4日22:03 UT (中 山站极夜期间）采集的极光全天空图像样张。图4b是利用本发明极光活动监测系统在我 国北极黄河站（地理坐标：78° 55' Ν，1Γ 56' E)于2014年1月4日19:07:27 UT(黄 河站极夜期间）采集的极光全天空图像样张。两张极光样张均从原始视频流截取，原始图 像大小为768X576像素，文件大小为25KB，图像下方显示了监测系统安装所在的位置、所 属研究单位和当时的记录时间信息。作为示例，黄河站视频流上还迭加了中国极地研究中 心的Logo。从样张画面看，极光形态甚至星星的位置都能够清晰呈现。
[0055] 以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其 发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种极光活动监测系统，其特征在于，包括：用于极光全天空成像的鱼眼镜头（1)、 用于将极光全天空成像生成极光模拟视频信号的低照度工业相机（7)、用于控制低照度工 业相机（7)的相机控制器（8)、及用于将极光模拟视频信号转换为数字化视频并通过与网 络连接为外界提供在线视频流功能的视频编码器（9)，所述鱼眼镜头（1)安装在低照度工 业相机（7)的前端，所述低照度工业相机（7)通过BNC线缆与视频编码器（9)连接，所述相 机控制器（8)与低照度工业相机（7)电连接。
2. 根据权利要求1所述的一种极光活动监测系统，其特征在于，还包括用于控制电源 供电的第一光控开关（10)、电源适配器（11)、靠近鱼眼镜头（1)设置用于监测鱼眼镜头（1) 光照条件的第一光敏探头（13)、及用于提供网络连接的网线（12)，所述第一光敏探头（13) 与第一光控开关（10)连接，所述第一光控开关（10)的输入端设置有连接市电的电源接口， 所述第一光控开关（10)的输出端通过电源适配器（11)分别连接视频编码器（9)的电源接 口和低照度工业相机（7)的电源接口，所述网线（12)连接视频编码器（9)的网络接口。
3. 根据权利要求1所述的一种极光活动监测系统，其特征在于，还包括POE网络交换机 (14)、POE网线（15)、及POE分离器（16)，所述POE网络交换机（14)的输入端设置有连接 市电的电源接口和连接外界网络的网络接口，所述POE网络交换机（14)的输出端通过POE 网线（15)连接视频编码器（9)的网络接口、通过POE分离器（16)连接低照度工业相机（7) 的电源接口。
4. 根据权利要求3所述的一种极光活动监测系统，其特征在于，还包括用于控制POE网 络交换机（14)的IP电源，所述IP电源与POE网络交换机（14)电性连接。
5. 根据权利要求3所述的一种极光活动监测系统，其特征在于，还包括用于控制POE网 络交换机（14)的第二光控开关、及用于监测鱼眼镜头（1)光照条件的第二光敏探头，所述 第二光敏探头与第二光控开关连接，所述第二光控开关与POE网络交换机（14)电性连接。
6. 根据权利要求1所述的一种极光活动监测系统，其特征在于，还包括相机机架（17)， 所述低照度工业相机（7)设置在相机机架（17)上。
7. 根据权利要求1所述的一种极光活动监测系统，其特征在于，所述鱼眼镜头⑴内 置有T360ND滤光片，所述鱼眼镜头（1)自动光圈的驱动方式为直流驱动，所述鱼眼镜头（1) 的最大光圈为f/1. 4,焦距为1. 4mm。
8. 根据权利要求1所述的一种极光活动监测系统，其特征在于，所述低照度工业相机 (7)的最低光照度为0.00002勒克斯，所述低照度工业相机（7)可设置的快门速度和帧积 分参数为【高速（1/25、1/250、1/500、1/1000、1/2000[秒])，低速（1、2、4、8、16、32、64、128、 256[帧])】，所述相机控制器（8)具有参数设置记忆功能。
9. 根据权利要求1所述的一种极光活动监测系统，其特征在于，所述视频编码器（9) 支持多个H. 264与Motion JPEG码流，可同时支持3个可单独配置的30/25 fps帧速下最 大分辨率码流，相同或限制帧速/分辨率时可支持更多码流，可控帧速与宽带，H. 264支持 VBR/CBR ;所述视频编码器（9)支持的图像分辨率为176x120至720x576,所述视频编码器 (9)还具有图像设置功能，所述图像设置功能包括压缩、色彩、亮度、对比度、饱和度、旋转 角度90° /180° /270°、屏幕高宽比修正的调节、图像监控、文字与图像重叠、隐私区域遮 蔽，所述视频编码器（9)支持特定端口的配置和后期软件开发。
【文档编号】H04N7/18GK104113736SQ201410369969
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】黄德宏, 胡红桥, 胡泽骏 申请人:中国极地研究中心