一种基于天空偏振背景移动的风场测量方法和系统与流程

本发明涉及风场测量，尤其涉及一种基于天空偏振背景移动的风场测量方法和系统。

背景技术：

1、大气风场测量在航空航天、污染物扩散等评估中的具有重要的作用，目前大气风场测量的主要手段为通过声雷达、微波雷达和激光雷达进行测量，而这些测量设备往往需要耗费较大的资金、物资投入，因此，其在使用时，虽然精度上较为理想，但是在灵活性、测量区域转移切换上和低成本方面还存在较大的局限性。

2、随着图像摄取技术和照片拟合技术的日益成熟，目前已有大量研究人员发表了通过多张图片进行定位图片中相同元素的三维坐标，而具有高清图像摄取模块的手持设备目前已经广泛销售，例如，手机、平板电脑等，同时，现有手持终端亦有加载大量传感器以令手持终端持有人方便查阅其当前的地理位置、手持终端姿态等，若是能够利用图像摄取设备来获取天空偏振背景，根据多张图片结合去获取的时间差来估算大气风场，以实现风场信息估算，那么将会大大方便于大气风场的测量，提高检测人员的操作灵活性、数据获取效率和降低检测成本。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提出一种实施可靠、操作便利且使用灵活的基于天空偏振背景移动的风场测量方法和系统。

2、为了实现上述的技术目的，本发明所采用的技术方案为：

3、一种基于天空偏振背景移动的风场测量方法，其包括：

4、s01、通过多个装载有偏振镜的图像摄取设备以不同拍摄角度对天空预设区域进行图像摄取，获得多个天空图像；

5、s02、对所获得的天空图像进行信息标注，然后存储生成天空图像集；其中，所述信息标注的内容至少包括天空图像的拍摄时间点，拍摄该天空图像的图像摄取设备的位置信息；

6、s03、按预设条件在天空预设区域中确定目标对象；

7、s04、根据目标对象的特征在天空图像集中进行匹配，获得多张具有目标对象的天空图像，再将拍摄时间点相同的天空图像分为一组，获得至少两组天空图像，其中，每组天空图像中的天空图像数量至少为三张以上，且对应拍摄的图像摄取设备均不同；

8、s05、根据同组天空图像中的至少三张以上天空图像和与其关联的图像摄取设备的位置信息，确定该组天空图像中目标对象的位置信息；

9、s06、根据至少两组天空图像对应的拍摄时间点和目标对象的位置信息，进行反演目标对象所在区域的风场，进而获得风场信息。

10、作为一种可能的实施方式，进一步，本方案s01中，每个图像摄取设备均具有两个以上摄像头，且两个以上摄像头以不完全相同的对焦参数进行同步拍摄，摄取所得的照片按预设条件进行处理后，生成天空图像；

11、其中，多个图像摄取设备的图像摄取范围完全覆盖天空预设区域；

12、另外，多个图像摄取设备中，至少包括与其中一图像摄取设备的图像摄取范围重合度达到30％～70％的另一图像摄取设备。

13、作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案s01中，图像摄取设备的两个以上摄像头以多点对焦方式对天空预设区域进行自动对焦，以获得对焦参数和进行拍摄，当两个以上摄像头的对焦参数均相同时，重新执行对焦，以令不同摄像头的对焦参数不完全相同，且两个以上摄像头以不完全相同的对焦参数进行同步拍摄，以获得符合预设要求的多个天空图像并上传至服务器。

14、作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案s02中，对所获得的天空图像进行信息标注前，还对图像摄取设备两个以上摄像头拍摄所获得的图像进行非天空纯色背景的元素定位、选取，然后剔除仅有天空纯色背景和干扰元素的天空图像，再对剩余天空图像进行清晰度判断，最后将元素清晰度最高的图片进行保留，以使得同一天空区域的天空图像中，每个非天空纯色背景的元素均对应有一张天空图像，生成至少一张天空图像。

15、作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案s02中，对所获得的天空图像进行信息标注时，还对天空图像中非天空纯色背景的元素进行轮廓标注，以及根据该元素的轮廓标注对其进一步标记参考点，该参考点的数量为至少一个，当为一个时，其为轮廓标注的几何中心，当大于一个时，至少有一个参考点位于轮廓标注的几何中心。

16、作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案s03中，按预设条件在天空预设区域中确定目标对象的方式包括：通过在符合预设条件的天空图像中进行指定目标对象，当所指定的目标对象在天空图像中的信息标注中具有轮廓标注时，确定该目标对象符合要求，然后对其进行特征提取。

17、作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案s03中，所述目标对象的边缘完全位于天空图像中，且其在天空图像中的占有比例大于5％，小于40％。

18、作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案所述目标对象为仅受自身重力和风场作用力而飘于天空中，其包括云朵、脱线风筝、脱线气球、树叶。

19、作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案s01中，装载于图像摄取设备上的偏振镜用于过滤拍摄环境中的杂散光。

20、基于上述，本发明还提供手持终端作为图像摄取设备在大气风场测量中的应用，其包括上述所述的基于天空偏振背景移动的风场测量方法；

21、其中，所述手持终端为带有通讯模块、影像摄取模块、位姿传感器和定位模块的手机、手持平板电脑或摄像机；

22、另外，所述影像摄取模块的镜头上设置有偏振镜。

23、基于上述，本发明还提供一种基于天空偏振背景移动的风场测量系统，其包括：

24、图像摄取设备，为多个且均装载有偏振镜，多个图像摄取设备以不同拍摄角度对天空预设区域进行图像摄取，获得多个天空图像；

25、存储单元，用于存储图像摄取设备拍摄所得的天空图像；

26、信息标注单元，用于对所获得的天空图像进行信息标注，然后存储生成天空图像集；其中，所述信息标注的内容至少包括天空图像的拍摄时间点，拍摄该天空图像的图像摄取设备的位置信息；

27、目标确定单元，用于按预设条件在天空预设区域中确定目标对象；

28、数据匹配单元，用于根据目标对象的特征在天空图像集中进行匹配，获得多张具有目标对象的天空图像，再将拍摄时间点相同的天空图像分为一组，获得至少两组天空图像，其中，每组天空图像中的天空图像数量至少为三张以上，且对应拍摄的图像摄取设备均不同；

29、目标定位单元，用于根据同组天空图像中的至少三张以上天空图像和与其关联的图像摄取设备的位置信息，确定该组天空图像中目标对象的位置信息；

30、数据处理单元，用于根据至少两组天空图像对应的拍摄时间点和目标对象的位置信息，进行反演目标对象所在区域的风场，进而获得风场信息。

31、基于上述，本发明还提供一种计算机可读的存储介质，其特征在于：所述的存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述的至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行实现上述所述的基于天空偏振背景移动的风场测量方法。

32、采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：本方案巧妙性通过多角度图像采集的方式对天空预设区域进行图像摄取，然后对天空图像中的目标对象进行定位、选取和结合图像摄取设备的位置信息来还原目标对象的位置(在预设参照或虚拟坐标系下的位置)，继而以根据时间点来划分的不同组天空图像中目标对象的位置变化，来判断其轨迹，从而反演出风场和进一步获得风场信息，本方案在方便风场信息估算的情况下，降低了设备使用要求，同时借助服务器的算力性能进行后处理图像摄取设备所获得的天空图像，能够实现高速响应反馈的效果，为风场测量提成一新思路和方向。