一种光学透镜污染程度测量方法及装置与流程

本发明涉及光学测量领域，具体涉及一种光学透镜污染程度测量方法及装置。

背景技术

在自动化观测中，通常用大气水平透过率定义的气象光学视程表示大气能见度。一般而言，气象光学视程的观测设备主要有前向散射式能见度仪以及透射式能见度仪。

前向散射法选择大气吸收微弱的近红外光，在与探测光束传播方向成35°方向，测量角散射系数，再按一定的大气光学模式计算总散射系数，并根据koschmieder定律确定能见度，此法的测量误差决定于总散射系数的测量。在现有的前向散射法装置中，对总散射系数测量误差的主要决定因素如下：光学模式的影响、散射探测光束发散角的影响、背景辐射干扰和散射辐射产生的背景干扰及测试装置结构热形变的影响等。

透射法通过测量取样空间内水平空气柱的消光系数或光透过率来计算大气能见度，它虽然是最为准确的一种方法，但由于光学窗口易被污染，且光束的发射和测量相隔异处，间隔较远，容易使得探测光束在传播路径上的衰减系数测量不准，污染严重时甚至会导致测量失败。因此对透射式能见度仪这类复合光学探测器的光学透镜污染程度检测是光学测量中不容忽视的一个问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种测量准确、操作方便、效率较高的光学透镜污染程度测量方法及装置。

为达到上述目的，本发明提供了一种光学透镜污染程度测量方法，包括以下步骤：

s1、拍摄所述光学透镜没有被污染时的投影照片一；

s2、将所述投影照片一灰度化，得到对应的灰度照片一；

s3、拍摄所述光学透镜有污染时的投影照片二；

s4、将所述投影照片二灰度化，得到对应的灰度照片二；

s5、计算所述灰度照片一与所述灰度照片二的相关性系数；

其中，相关性系数越大，所述光学透镜污染程度越低；相关性系数越小，所述光学透镜污染程度越高。

进一步地，s5中计算所述灰度照片一与所述灰度照片二的相关性系数的具体方法为，

s51、依序选取所述灰度照片一中有效投影区域内的像素点，记选取个数为n；

s52、比照步骤s51中所述选取像素点的位置，在所述灰度照片二的有效投影区域内选取相同位置处的像素点，选取个数为n；

s53、计算所述灰度照片一中与所述灰度照片二中所述选取像素点对应的灰度值，并依序将所述灰度值代入公式计算所述相关性系数rab，rab越大表示所述光学透镜污染程度越低，rab越小表示所述光学透镜污染程度越高，其中i表示所述选取像素点的序号，xai和分别表示所述灰度照片一中当前选取像素点的灰度值和所述选取像素点集的平均灰度值，xbi和分别表示所述灰度照片二中当前选取像素点的灰度值和所述选取像素点集的平均灰度值。

进一步地，所述有效投影区域表示有光线透过所述光学透镜部分的投影区域。

进一步地，i≤n且i为正整数。

本发明还提供了一种光学透镜污染程度测量装置，用于探测器光学透镜的污染判定，包括，

检测平台、点光源以及红外相机；

所述红外相机设于所述点光源与所述光学透镜之间，用于拍摄光线透过所述光学透镜在所述检测平台内壁的投影照片；

所述光学透镜固定在所述检测平台内部；

所述点光源靠近所述检测平台底部。

进一步地，所述红外相机位于所述点光源与所述光学透镜外缘连线形成的锥形区域内。

进一步地，所述红外相机具有一个或多个。

进一步地，所述检测平台具有槽型结构，包括槽底、第一固定臂以及第二固定臂，所述第一固定臂平行于所述第二固定臂，所述槽底垂直所述第一固定臂和所述第二固定臂。

进一步地，所述光学透镜的两端分别与所述第一固定臂和所述第二固定臂接触。

进一步地，所述点光源为红外点光源。

本发明通过拍摄光线透过光学透镜未被污染时和有污染时的投影照片，再将投影照片转化为灰度照片后，对所述两张灰度照片进行图像相关性计算从而得到所述光学透镜的污染程度情况。该测量方法准确且效率较高，相应的光学透镜污染程度测量装置结构简单、容易操作，方便了光学透镜污染程度的判定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明优选实施例光学透镜未被污染时的测量结构示意图；

图2是图1所述实施例光学透镜有污染时的测量结构示意图；

图3是图1所述实施例光线透过未被污染时的光学透镜的第一投影范围的照片；

图4是图1所述实施例光线透过有污染时的光学透镜的第一投影范围的照片。

图中各符号表示如下：

1、槽底，2、第一固定臂，3、第二固定臂，

4、点光源，5、第二红外相机，6、第一红外相机

7、光学透镜，80、第一投影范围，81、第二投影范围，9、污染物

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

说明

在使用透射式能见度仪对大气能见度的测量中，测量结果对收发装置的复合探测器的光学透镜污染极其敏感，因此需要定期对所述光学透镜的污染程度进行判定并对所述光学透镜进行除污后，才能使用该透射式能见度仪对大气能见度进行测量。

实施例

参见附图1～2，分别表示本实施例的光学透镜未被污染时和有污染时的测量结构示意图，包括检测平台、点光源以及红外相机，所述点光源为红外点光源。

所述检测平台具有槽型结构，包括槽底1、第一固定臂2以及第二固定臂3，第一固定臂2平行于所述第二固定臂3，槽底1垂直第一固定臂2和第二固定臂3。

点光源4靠近卡槽底部，在点光源4与光学透镜7之间设有两架红外相机，所述两架红外相机对称设置在点光源4与光学透镜7外缘连线形成的锥形区域内，其中，第一红外相机6拍摄光线透过光学透镜7在第一固定臂2上的投影范围80，第二红外相机5拍摄光线透过光学透镜7在第二固定臂3上的投影范围81；光学透镜7被固定在卡槽间，其两端分别与第一固定臂2和第二固定臂3接触。

图像相关性计算主要用于对两幅图像之间内容的相似程度进行计算，根据计算所得相关性系数的高低来判断图像内容的相近程度。本发明通过比较光学透镜7未被污染时和有污染物9时投影照片的灰度照片来进行相关性系数的计算，具体步骤如下：

步骤1、通过上述装置拍摄光学透镜7未被污染时的第一投影范围80内和第二投影范围81内的照片；

步骤2、将步骤1拍摄所得的投影照片存储并对所述投影照片进行灰度处理，得到相应的灰度照片(a1)和(a2)并存储；

步骤3、选取灰度照片(a1)和(a2)中有效投影区域内的像素点，记选取个数为n，并依序计算所述选取像素点的灰度值；

步骤4、通过上述装置拍摄光学透镜7有污染时的第一投影范围80和第二投影范围81的照片；

步骤5、将步骤4拍摄所得照片存储并对所述投影照片进行灰度处理，得到相应的灰度照片(b1)和(b2)；

步骤6、比照步骤3中选取像素点的位置，在灰度照片(b1)和(b2)的有效投影区域内选取相同位置处的像素点，选取个数为n，并依序计算所述选取像素点的灰度值；

其中，灰度照片(a1)、(a2)、(b1)和(b2)的规格大小均相同；

步骤7、借助相关性系数计算公式，分别计算所述灰度照片(a1)和(b1)以及(a2)和(b2)的相关性系数ra1b1和ra2b2。

其中i表示所述选取像素点的序号，i≤n且i为正整数，xai和分别表示灰度照片(a1)和(a2)中当前选取像素点的灰度值和所述选取像素点集的平均灰度值，xbi和分别表示所述灰度照片(b1)和(b2)中当前选取像素点的灰度值和所述选取像素点集的平均灰度值。

该方法中，为了便于比较未被污染时和有污染时光学透镜的两个图像，需使所述图像的大小完全一致，优选地，可以设置成较大图片的像素大小；另外图像灰度化的方法有很多种，主要包括绝对平均值法和加权平均值法，其实质就是将rgb三原色的色值相加，平均后赋予新值，不同的只是rgb三原色的权重不同。

参见附图3～4，分别表示光线透过未被污染时和有污染时光学透镜7的第一投影范围80的灰度照片，两张照片的像素数均为276×203(即长度方向像素点为276个点，宽度方向像素点为203个点)，其中，灰色圆形区域表示有效拍摄区域，即透射式能见度仪收发装置中有光线透过光学透镜部分的投影区域，该圆形区域是以72个像素为半径的区域，整个圆形区域内图片的像素点个数为n＝3.1415925×72×72＝16286，计算所述圆形区域的相关性系数，从i＝1开始至i＝16286，将i表示的像素点对应的灰度值以及两张照片的平均灰度值带入相关性系数的计算公式，得到所述相关性系数ra1b1＝0.82173；对于ra2b2的计算也是同样步骤。

相关性系数大小反映了两张照片之间形势上的相似性，有|rab|≤1。rab＝1代表两张照片之间完全相似；rab＝-1代表两张照片之间完全相反；rab＝0代表两张照片完全不相关。相关性系数越大，两张照片就越相似。因此，本实施例得到的相关性系数表示光学透镜7有一定污染，但并不是很严重。

本发明通过拍摄光线透过光学透镜未被污染时和有污染时的投影照片，再将投影照片转化为灰度照片后，对所述两张灰度照片进行图像相关性计算从而得到所述光学透镜的污染程度情况。该测量方法准确且由于只有256种灰度值，因此计算量较小，计算效率高，相应的光学透镜污染程度测量装置结构简单、容易操作，方便了光学透镜污染程度的判定，具有广泛的应用前景。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。