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专利名称：视频能见度检测仪及其检测分析方法
技术领域：
本发明涉及一种气象能见度检测仪器，具体说涉及一种利用 公路系统视频监控终端和辅助灯光相结合的方法测量气象能见度的检测仪及其检测分析方法。
背景技术：
能见度是对高速公路行车安全有重要影响的气象因素，随着交通科技的发展，对路况监控摄像机实时传回的视频图像进行分析处理确定路况能见度距离的方法已经成为能见度测量的发展趋势。目前，国内外对能见度的观测方法分为人工目测和器测两种。其中器测设备多种多样，检测原理也各不相同，传统的射式、散射式能见度仪成本高，直观性差，而利用视频测量和人工观测相比具有较好的一致性，并且，成本低廉。射式通过光束透过两固定点之间的大气柱直接测量气柱透射率，以此来评估能见度值，这种方法要求光束通过足够长的大气柱，而在雨、雾等低能见度天气，又会因水汽吸收等复杂条件造成较大误差，因此局限性很大。散射式则是通过激光测量大气消光系数的方法来推测能见度，相对而言较为客观和准确，但这种方法的使用目前还仅限于少数研究部门。这是因为激光雷达不仅成本昂贵，维护费用高，操作复杂，而且在雨天、雾天也难以进行正常观测。因此，改进乃至革新能见度探测技术仍是一个具有重要意义的研究课题。传统的视频能见度检测多采用道路标线作为参照物，通过在不同雾天的道路标线在图像中的有效检测长度来计算能见度。此种检测方法易受到多种复杂天气和环境(如雨雪天气对道路标线的覆盖，道路翻修改建、道路标线磨损等)的干扰。同时，夜间检测精度也是视频类能见度检测设备共同面临的问题。

发明内容
针对现有气象能见度检测仪器存在的缺陷，本发明提供一种体积小、价格低廉、稳定性好、精度高，架设在高速公路路侧的视频能见度检测仪及其检测分析方法。解决上述具体技术问题所采取的技术措施是
一种视频能见度检测仪，其特征是在机壳内装有外接视频接口 I、工控板2、视频采集卡3和电源4，工控板2通过固定工控板铜柱5与固定支架14连接，视频采集卡3通过固定视频采集卡铜柱6与弯板14连接，视频采集卡3与视频采集卡接口 9连接，视频采集卡接口 9通过视频线10与外接视频接口 I连接，工控板2通过电源线8与电源4连接，在靠近电源4的机壳处设有开关12和外接电源接口 13，电源4通过开关电源线11分别与开关12和外接电源接口 13连接，电源线8与设在工控板2外部顶端处的工控板电源接口 7连接，在机壳外部设有视频摄像头15，工控板2与视频摄像头15的信号输出线16连接。一种视频能见度检测仪的检测分析方法为
单中贞一图像分析+多巾贞一过程分析
A.单巾贞一图像分析
通过比较大量的不同天气情况下视频图像与能见度的对应关系，通过提取图像中与能见度相关的有效参数，将能见度与视频图像清晰度，即视频图像内物体的轮廓对比度进行关联，采用模式识别算法，主要参数
a.检测区域景物轮廓的对比度；
b.检测区域远近景物轮廓对比度差；
c.检测区域远近景物轮廓对比度随时间的变化率；
通过综合分析，筛选几个特征参数，生成能见度函数f (a，b，c，···)计算后得到监测区域的视频能见度检测相对值，最后通过映射表得到监控区域的雾天等级；
B.多巾贞一过程分析首先，检测参考点景物轮廓的对比度，对比度随时间的变化率；其次，当对比度下降到临界点时，依据配置文件设定的参考点和参考能见度，即得到和人眼观 测基本一致的能见度数据；最后，公路附近经常有机动车移动，即存在干扰，因此，需要记录一分钟的连续分析数据，消除干扰，提取有用数据。本发明的有益效果是本发明是一种新型的、较为经济和客观的能见度探测仪器，利用公路系统视频监控终端，通过对实时视频图像的分析处理，获取实时的监测区域能见度指标，并将能见度分析处理结果进行本地存储和通过网络对外发布，用以解决高速公路视频监控数据无法回传至监控中心的情况，成本低；使用辅助灯光，解决夜间分析难题；无特定标志物，安装施工方便；由于采用专用气象能见度算法，模拟人眼视觉基于检测区域内物体清晰度来确定，所以能见度检测值基本可以不受道路标线或视频检测区域内标识物的影响，测量范围可达0-3000米，夜间也可得到较为理想的能见度检测效果，消除车、阴影变化、汽车灯光等干扰因素；通过架设本装置，可以在任意安装有视频监控的布控点进行能见度区域检测，实现高速公路多点分布式能见度检测，可以在无人值守的野外环境下长时间稳定工作，从而确保视频能见度检测数据的连续性和稳定性。


图I为本发明的结构示意 图2为图I的A-A剖面 图3为图I的B-B剖面 图4为本发明中专用气象能见度算法软件流程 图5为本发明中视频摄像头的现场安装示意 图6为本发明中辅助灯光设备示意 图7为本发明中夜间检测效果意 图8为本发明中视频能见度检测视频数据流程图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做详细说明。一种视频能见度检测仪，如图I、图2和图3所示，在机壳内装有外接视频接口 I、工控板2、视频采集卡3和电源4，工控板2通过固定工控板铜柱5与弯板14连接，视频采集卡3通过固定视频采集卡铜柱6与弯板14连接，视频采集卡3与视频采集卡接口 9连接，视频采集卡接口 9通过视频线10与外接视频接口 I连接，工控板2通过电源线8与电源4连接，在靠近电源4的机壳处设有开关12和外接电源接口 13，电源4通过开关电源线11分别与开关12和外接电源接口 13连接，电源线8与设在工控板2外部顶端处的工控板电源接口 7连接，在机壳外部设有视频摄像头15，工控板2与视频摄像头15的信号输出线16连接。视频能见度检测仪的检测分析方法为
单中贞一图像分析+多巾贞一过程分析· A.单巾贞一图像分析
通过比较大量的不同天气情况下视频图像与能见度的对应关系，通过提取图像中与能见度相关的有效参数，将能见度与视频图像清晰度，即视频图像内物体的轮廓对比度进行关联，采用模式识别算法，主要参数
a.检测区域景物轮廓的对比度；
b.检测区域远近景物轮廓对比度差；
c.检测区域远近景物轮廓对比度随时间的变化率；
通过综合分析，筛选几个特征参数，生成能见度函数f (a，b，c,…)计算后得到监测区域的视频能见度检测相对值，最后通过映射表得到监控区域的雾天等级；
B.多帧一过程分析首先，检测参考点景物轮廓的对比度，对比度随时间的变化率；其次，当对比度下降到临界点时，依据配置文件设定的参考点和参考能见度，即得到和人眼观测基本一致的能见度数据；最后，公路附近经常有机动车移动，即存在干扰，因此，需要记录一分钟的连续分析数据，消除干扰，提取有用数据。本发明利用公路系统视频监控终端采集数据，用以解决高速视频监控数据无法回传至监控中心的情况，通过架设嵌入式视频能见度检测仪，可以在任意安装有视频监控的布控点进行能见度区域检测，可实现高速多点分布式能见度检测。本发明采用嵌入式一体机与视频采集卡相结合的方式，对前端视频信号进行分析处理，并将能见度分析处理结果进行本地存储和通过网络对外发布。嵌入式一体机可以在无人值守的野外环境下长时间稳定工作，从而确保视频能见度检测数据的连续性和稳定性。智能区分白天和黑夜算法，白天在无特定标志物的条件下，直接依据图像细节清晰度导出气象能见度；黑夜依据辅助灯光的发光状态和光线沿距离衰减导出气象能见度；使用串口输出气象能见度数据。专用气象能见度算法如图4所示，首先要建立观测目标，对图像进行预处理，然后进行区域景物和区域远近景物轮廓的对比度检测，找出区域远近景物轮廓的对比度随时间的变化率，生成能见度函数，计算能见度相对值，映射能见度绝对值，进行异常值处理，确定能见度。图5为视频摄像头现场安装示意图，图中两侧为绿化带，左边为视频能见度检测仪17，右边为视频摄像头15，视频信号线和电源线通过地下管道连接本设备。图6为辅助灯光设备示意图，主要在夜间由辅助设备帮助获得夜间能见度数据。图7为夜间检测效果示意图，配置六个辅助灯光设备，它们与摄像机距离分别为10m、20m、50m、100m、200m、300m。能见到距离最远的灯,就是当前的能见度。图8为本发明中视频能见度检测视频数据流程图，首先将摄像机的模拟信号传送到视频采集卡中，在视频采集卡中的模拟信号转换成数字信号传送到工控板中，在工控板中的数字信号通过Intent网络传送到远端服务器中。本发明中，工控板为深圳市盛博科技嵌入式计算机有限公司生产的嵌入式工控板ECX-1211-6D。本发明使用时，首先在公路上安装视频摄像头，也可利用高速公路监控摄像头，在路侧安装几组辅助灯光设备，通过灯光的可见数目进行能见度检测，辅助灯光设备为太阳能设备简称道钉，夜间自动闪动发光，无需人工充电，将工控板固定在机壳中，工控板与视频摄像头信号输出线连接，通过专用气象能见度算法软件，实时调用视频图像进行分析计 算能见度。
权利要求
1.一种视频能见度检测仪，其特征是在机壳内装有外接视频接口(I)、工控板(2)、视频采集卡(3 )和电源(4)，工控板(2 )通过固定工控板铜柱(5 )与弯板(14 )连接，视频采集卡(3)通过固定视频采集卡铜柱(6)与弯板(14)连接，视频采集卡(3)与视频采集卡接口(9 )连接，视频采集卡接口( 9 )通过视频线(10 )与外接视频接口( I)连接，工控板(2 )通过电源线(8)与电源(4)连接，在靠近电源(4)的机壳处设有开关(12)和外接电源接口(13)，电源⑷通过开关电源线(11)分别与开关(12)和外接电源接口(13)连接，电源线⑶与设在工控板(2)外部顶端处的工控板电源接口(7)连接，在机壳外部设有视频摄像头(15)，工控板⑵与视频摄像头(15)的信号输出线(16)连接。
2.根据权利要求I所述的一种视频能见度检测仪的检测分析方法，其特征是 单中贞一图像分析+多巾贞一过程分析 A.单巾贞一图像分析 通过比较大量的不同天气情况下视频图像与能见度的对应关系，通过提取图像中与能见度相关的有效参数，将能见度与视频图像清晰度，即视频图像内物体的轮廓对比度进行关联，采用模式识别算法，主要参数 a.检测区域景物轮廓的对比度； b.检测区域远近景物轮廓对比度差； c.检测区域远近景物轮廓对比度随时间的变化率； 通过综合分析，筛选几个特征参数，生成能见度函数f (a，b，c,…)计算后得到监测区域的视频能见度检测相对值，最后通过映射表得到监控区域的雾天等级； B.多帧一过程分析首先，检测参考点景物轮廓的对比度，对比度随时间的变化率；其次，当对比度下降到临界点时，依据配置文件设定的参考点和参考能见度，即得到和人眼观测基本一致的能见度数据；最后，公路附近经常有机动车移动，即存在干扰，因此，需要记录一分钟的连续分析数据，消除干扰，提取有用数据。
全文摘要
一种视频能见度检测仪及其检测分析方法，用以解决高速公路视频监控数据无法回传至监控中心的情况。通过在高速公路上架设本仪器，可以在任意安装有视频监控的布控点进行能见度区域检测，可实现高速公路多点分布式能见度检测。本仪器在机壳内设有主电路板、工控板、视频采集卡和电源，机壳外部设有摄像头或利用高速公路监控摄像头，采用嵌入式一体机和视频采集卡相结合的方式以及单帧—图像分析+多帧—过程分析方法，对前端视频信号进行分析处理，并将能见度分析处理结果进行本地存储和通过网络对外发布，可以在无人值守的野外环境下长时间稳定工作，从而确保视频能见度检测数据的连续性和稳定性。
文档编号G01N21/17GK102954937SQ20121042390
公开日2013年3月6日 申请日期2012年10月31日 优先权日2012年10月31日
发明者任冰, 范德日, 张彤, 张雪松, 曲喆, 郑学明, 周刚, 王亮, 宫赐禄, 姜晓丹, 蔡爽 申请人:辽宁金洋集团信息技术有限公司