RU191582U1 - A device for observing the optical state of the sky within the visible hemisphere - Google Patents
A device for observing the optical state of the sky within the visible hemisphere Download PDFInfo
- Publication number
- RU191582U1 RU191582U1 RU2019107577U RU2019107577U RU191582U1 RU 191582 U1 RU191582 U1 RU 191582U1 RU 2019107577 U RU2019107577 U RU 2019107577U RU 2019107577 U RU2019107577 U RU 2019107577U RU 191582 U1 RU191582 U1 RU 191582U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sky
- lunar
- screen
- visible
- optical state
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01W—METEOROLOGY
- G01W1/00—Meteorology
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Atmospheric Sciences (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Ecology (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
Устройство относится к измерительным приборам и может быть использовано для круглосуточного и круглогодичного наблюдения оптического состояния видимой полусферы неба. Устройство наблюдения оптического состояния неба в пределах видимой полусферы состоит из цифрового фотодетектора со сверхширокоугольным объективом типа «FishEye», лунно-солнечного экрана c двухосным поворотным блоком, блоком управления и ЭВМ, при этом лунно-солнечный экран выполнен в виде диска на выносной штанге, диаметр диска на 40% больше оптического окна и лунно-солнечный экран установлен с учетом видимого углового размера экрана, положение штанги по азимуту и углу места задается двухосным поворотным блоком, управление поворотным блоком производится от блока управления, на котором рассчитывается текущее положение Солнца/Луны. Технический результат заключается в повышении надежности оценки балла облачности по цвету в дневное время и по наличию звезд в ночное время. 1 ил.The device relates to measuring instruments and can be used for round-the-clock and year-round observation of the optical state of the visible hemisphere of the sky. A device for observing the optical state of the sky within the visible hemisphere consists of a digital photo detector with an ultra-wide-angle lens such as a FishEye, a lunar-solar screen with a biaxial rotary unit, a control unit and a computer, while the lunar-solar screen is made in the form of a disk on an external rod, diameter the disk is 40% larger than the optical window and the lunar-solar screen is set taking into account the visible angular size of the screen, the position of the rod in azimuth and elevation is set by a biaxial rotary unit, control of the rotary unit m is performed by the control unit, which is calculated on the current position of the sun / moon. The technical result consists in increasing the reliability of the cloudiness score by color in the daytime and by the presence of stars at night. 1 ill.
Description
Устройство относится к измерительным приборам, в частности к устройствам и приборам для измерения двух или более переменных величин, и может быть использовано для круглосуточного и круглогодичного наблюдения оптического состояния видимой полусферы неба. Устройство может применяться для контроля атмосферно-оптического и метеорологического состояния атмо-сферы.The device relates to measuring devices, in particular to devices and devices for measuring two or more variables, and can be used for round-the-clock and year-round observation of the optical state of the visible hemisphere of the sky. The device can be used to control the atmospheric-optical and meteorological conditions of the atmosphere.
Известен «Датчик ночной облачности». Датчик содержит объектив, теле- визионную камеру, блок накопления кадров и вычитания фона, блок запомина- ния звездного каталога. В датчик дополнительно введены формирователь теле- визионного массива звезд, формирователь каталожного массива звезд, блок отождествления звезд, вычислитель прозрачности атмосферы, формирователь зон облачности. Вычисление ночной прозрачности атмосферы осуществляется с помощью отождествления блеска телевизионных и каталожных звезд. Техническим результатом является обеспечение работы датчика в автоматическом режиме, повышение объективности и точности оценки ночной облачности. (RU 2436133, Здор С. Е., Колинько В. И.).Known "Sensor of night cloudiness." The sensor contains a lens, a television camera, a frame accumulation and background subtraction unit, and a star catalog memory unit. In addition, a shaper of a television array of stars, a shaper of a catalog array of stars, a block for identifying stars, a transmitter of transparency of the atmosphere, and a shaper of clouds are added to the sensor. The calculation of the nightly transparency of the atmosphere is carried out by identifying the brightness of television and catalog stars. The technical result is to ensure the operation of the sensor in automatic mode, increasing the objectivity and accuracy of night cloud assessment. (RU 2436133, Zdor S.E., Kolinko V.I.).
Основным недостатком данного датчика является невозможность функционирования в круглосуточном режиме.The main disadvantage of this sensor is the inability to operate around the clock.
Известно AUTOMATIC TOTAL SKY IMAGER MODEL TSI-880 («Автоматическое устройство съемки небосвода»), http://yesinc.com/products/data/tsi880/tsi-880ds.pdf), описанный, в том числе, в работе S.V. Zuev, A.A. Tikhomirov "Cloudiness monitoring for database of local weather", Proc. SPIE 6160, Twelfth Joint International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics/Atmospheric Physics, 61600U (April 21, 2006); doi:10.1117/12.675238. Устройство состоит из сферического зеркала, аналоговой камеры с оцифровкой и обработкой изображения на ЭВМ и защитного экрана с системой слежения за Солнцем. Недостатками устройства являются нестабильность определения балла облачности, обусловленная малой информативностью цветовых признаков изображения и низким пространственным разрешением. Защита от засветок выполнена в виде пластины, которая значительно перекрывает поля зрения системы. It is known AUTOMATIC TOTAL SKY IMAGER MODEL TSI-880 ("Automatic device for shooting the sky"), http://yesinc.com/products/data/tsi880/tsi-880ds.pdf), described, inter alia, in S.V. Zuev, A.A. Tikhomirov "Cloudiness monitoring for database of local weather", Proc. SPIE 6160, Twelfth Joint International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics / Atmospheric Physics, 61600U (April 21, 2006); doi: 10.1117 / 12.675238. The device consists of a spherical mirror, an analog camera with digitization and image processing on a computer, and a protective screen with a sun tracking system. The disadvantages of the device are the instability of determining the cloudiness score due to the low informativeness of the color characteristics of the image and low spatial resolution. Protection against flare is made in the form of a plate, which significantly covers the field of view of the system.
Известно «Устройство для определения общего балла облачности на основе прямых цифровых широкоугольных снимков видимой полусферы неба». Устройство содержит систему регистрации данных в виде цифровой камеры с широкоугольным объективом, блока контроля положения системы регистрации, включающий трехосевой датчик ускорения свободного падения, трехосевой датчик вращения и датчик географического положения, блок управлениярегистрацией и обработки данных. Блок управления регистрацией данных связан цифровыми линиями связи с системой регистрации данных и с блоком контроля положения, последние жестко соединены между собой с образованием единой установки наружного монтажа. Техническим результатом является повышение достоверности, объективности и точности определения общего баллаоблачности, и возможность регистрации видимой пространственной структуры облачности в цифровом формате. (RU 2589463, Криницкий М. А., Гулев С. К., Синицын А. В.).Known "Device for determining the total cloud cover based on direct digital wide-angle images of the visible hemisphere of the sky." The device comprises a data recording system in the form of a digital camera with a wide-angle lens, a position control unit for the registration system, including a three-axis free fall acceleration sensor, a three-axis rotation sensor and a geographical position sensor, a control unit for recording and data processing. The data recording control unit is connected by digital communication lines to the data registration system and to the position control unit, the latter being rigidly interconnected to form a single outdoor installation. The technical result is to increase the reliability, objectivity and accuracy of determining the total score, and the ability to register the visible spatial structure of the clouds in digital format. (RU 2589463, Krinitsky M.A., Gulev S.K., Sinitsyn A.V.).
Недостатком данного устройства является отсутствие защиты от прямых солнечных лучей, которые могут привести к повреждению фотодетектора или к пересвету участка изображения в зоне около Солнца (Луны) и увеличению погрешности определения границ облачного поля.The disadvantage of this device is the lack of protection from direct sunlight, which can lead to damage to the photodetector or to overexposure of the image in the area near the Sun (Moon) and increase the error in determining the boundaries of the cloud field.
Известно «Устройство распознавания форм облачности» и ее количества по пространственно-временной структуре излучения в инфракрасной области.Known "Device for recognizing the forms of cloudiness" and its quantity in the spatio-temporal structure of radiation in the infrared.
Устройство распознавания форм облачности содержит радиометр, сканирующую систему, систему регистрации и обработки данных (блок регистрации).The cloud shape recognition device comprises a radiometer, a scanning system, a data recording and processing system (registration unit).
Техническим результатом является повышение быстродействия устройства и возможность регистрации полусферического с перестраиваемым разрешением изображения поля излучения облачности для ее распознавания по пространственной структуре (RU 2331853, Третьяков Н.Д., Алленов М. И., Иванов В.Н.).The technical result is to increase the speed of the device and the ability to register a hemispherical image with a tunable resolution of the cloud radiation field for its recognition by spatial structure (RU 2331853, Tretyakov ND, Allenov M.I., Ivanov V.N.).
Недостатками устройства являются: невозможность функционирования в круглосуточном режиме, недостаточные полнота и достоверность результатов, низкая надежность в связи с наличием механического сканирующего устройства, составляющего основу измерителя и включающего быстро вращающиеся детали.The disadvantages of the device are: the inability to operate around the clock, insufficient completeness and reliability of the results, low reliability due to the presence of a mechanical scanning device that forms the basis of the meter and includes rapidly rotating parts.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является «ALL SKY IMAGER» (US 2004/0169770 A1, Kevin B., Charles N. Long). Авторы данного изобретения предлагают использовать цифровую камеру с высоким разрешения установленную на солнечный трекер, который следит за положениием солнца. Для защиты камеры от прямых солнечных лучей солнечный трекер оснащен защитным экраном (шаром).The closest analogue to the proposed utility model is "ALL SKY IMAGER" (US 2004/0169770 A1, Kevin B., Charles N. Long). The authors of this invention propose to use a digital camera with high resolution mounted on a solar tracker that monitors the position of the sun. To protect the camera from direct sunlight, the solar tracker is equipped with a protective screen (ball).
Основным недостатком устройства является неточность определения параметров облачности связанное с большими размерами затеняющего экрана (шар) на регистрируемом изображении неба обусловленное малым расстоянием (600 мм) от центра экрана (шара) до защитного купола. Вторым недостатком является отсутствие постоянной привязки к сторонам света регистрируемых изображений неба вследствие непрерывного отслеживания трекером положения Солнца на небе, а следовательно возникающие неточности при определении координат облачности.The main disadvantage of the device is the inaccuracy in determining cloudiness parameters associated with the large size of the shading screen (ball) in the recorded image of the sky due to the small distance (600 mm) from the center of the screen (ball) to the protective dome. The second drawback is the lack of constant reference to the cardinal points of the recorded images of the sky due to the continuous tracking by the tracker of the position of the Sun in the sky, and consequently inaccuracies in determining the coordinates of clouds.
Задачей технического решения является создание устройства для круглосуточного и круглогодичного наблюдения оптического состояния видимой полусферы неба, определения общего балла облачности, и состояния атмосферы на основе широкоугольных снимков высокого разрешения видимой полусферы неба.The objective of the technical solution is to create a device for round-the-clock and year-round observation of the optical state of the visible hemisphere of the sky, determination of the total cloud cover, and the state of the atmosphere based on wide-angle high-resolution images of the visible hemisphere of the sky.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности оценки балла облачности по цвету в дневное время и по наличию звезд в ночное время.The technical result of the utility model is to increase the reliability of estimating cloud cover by color in the daytime and by the presence of stars at night.
Достижение указанного результата обеспечивается тем, что устройство состоит из оптического блока с цифровым фотодетектором со сверхширокоугольным объективом типа «FishEye», размещёнными в климатическом боксе, защитного лунно-солнечного экрана с электромеханическим приводом и ЭВМ для управления и обработки данных.Achieving the indicated result is ensured by the fact that the device consists of an optical unit with a digital photodetector with an ultra-wide-angle lens such as FishEye, placed in an air conditioning box, a protective lunar-solar screen with an electromechanical drive, and a computer for data management and processing.
Сущность полезной модели заключается в том, что для наблюдения оптического состояния неба в пределах видимой полусферы устройство накапливаети обрабатывает изображения неба, полученные цифровым фотодетектором со сверхширокоугольным объективом типа «FishEye» (установленным перед оптическим окном). В качестве защиты от засветок Солнцем днем и Луной ночью входного оптического окна (7) диаметром D используется подвижный лунно-солнечный экран, диаметр которого S на ~40% больше: S = 1.4 D. Расстояние L от центра экрана до центра защитного купола определяется оптимальным видимым угловым размером. Данный размер в полном объеме зачищает оптическую систему от засветки и при этом минимум ограничивает поле обзора фотодетектора. Лунно-солнечный экран выполнен в виде диска на выносной штанге. Положение штанги по азимуту и углу места задается двухосным поворотным блоком. Управление поворотным блоком производится от блока управления, на котором рассчитывается текущее положение Солнца/Луны. Устройство выполнено в герметичном и термостабилизированном корпусе, что позволяет использовать его на открытом воздухе. Обработка изображений и контроль работы устройства осуществляется, посредством ЭВМ.The essence of the utility model is that for observing the optical state of the sky within the visible hemisphere, the accumulating device processes the images of the sky obtained by a digital photo detector with an ultra-wide-angle lens such as FishEye (mounted in front of the optical window). To protect the input optical window (7) with a diameter of D from solar illumination by day and moon at night, a movable lunar-solar screen is used, the diameter of which S is ~ 40% larger: S = 1.4 D. The distance L from the center of the screen to the center of the protective dome is determined by the optimal visible angular size. This size completely cleans the optical system from exposure and at the same time minimizes the field of view of the photodetector. The lunar-solar screen is made in the form of a disk on a remote bar. The position of the rod in azimuth and elevation is set by a biaxial rotary unit. The control of the rotary unit is carried out from the control unit, on which the current position of the Sun / Moon is calculated. The device is made in a sealed and thermostabilized case, which allows its use in the open air. Image processing and control of the device is carried out by means of a computer.
Все элементы устройства находятся в конструктивном единстве.All elements of the device are in constructive unity.
Устройство состоит (Фиг. 1) из:The device consists (Fig. 1) of:
1. Термостабилизированный корпус;1. Thermostabilized housing;
2. Цифровой фотодетектор со сверхширокоугольным объективом типа «FishEye»;2. Digital photo detector with an ultra-wide-angle lens such as "FishEye";
3. Лунно-солнечный экран (ЛСЭ);3. Lunar-solar screen (FEL);
4. Двухосный поворотный блок;4. Biaxial rotary unit;
5. Блока управления;5. The control unit;
6. ЭВМ;6. computers;
7. Оптическое окно.7. Optical window.
Блок-схема устройство наблюдения оптического состояния неба в пределах видимой полусферы приведена на фиг.1.The block diagram of a device for observing the optical state of the sky within the visible hemisphere is shown in figure 1.
Принцип работы устройства.The principle of operation of the device.
Цифровой фотодетектор со сверхширокоугольным объективом типа «FishEye» (2) с заданной периодичностью производит фотосьемку верхней полусферы неба, изображение передаются на ЭВМ, где в зависимости от времени суток по одному из двух алгоритмов производится оценка общего бала облачности.A digital photodetector with an ultra-wide-angle lens such as FishEye (2) periodically photographs the upper hemisphere of the sky, the image is transmitted to a computer, where, depending on the time of day, the total cloudiness is estimated using one of the two algorithms.
Оценка общего балла облачности осуществляется автоматически по набору цветовых и статистических характеристик регистрируемых изображений облачности. Наличие звезд на участке изображения указывает на отсутствие экранирующего объекта (облака). Для защиты фотодетектора от яркого света Солнца/Луны используется подвижный лунно-солнечный экран(3). ЭВМ (6) по координатам место положения устройства и текущего времени автоматически определяет текущее положение Солнца/Луны и передает данные на блок управления (5), который формирует управляющие сигналы и передаёт их на двухосный поворотный блок (4), который перемещает экран в заданное положение.The assessment of the total cloudiness score is carried out automatically based on the set of color and statistical characteristics of the recorded cloudiness images. The presence of stars in the image indicates the absence of a screening object (clouds). To protect the photodetector from the bright light of the Sun / Moon, a movable lunar-solar screen is used (3). A computer (6) coordinates the location of the device’s position and the current time automatically determines the current position of the Sun / Moon and transfers data to the control unit (5), which generates control signals and transmits them to the biaxial rotary unit (4), which moves the screen to a predetermined position .
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019107577U RU191582U1 (en) | 2019-03-18 | 2019-03-18 | A device for observing the optical state of the sky within the visible hemisphere |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019107577U RU191582U1 (en) | 2019-03-18 | 2019-03-18 | A device for observing the optical state of the sky within the visible hemisphere |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU191582U1 true RU191582U1 (en) | 2019-08-13 |
Family
ID=67638139
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019107577U RU191582U1 (en) | 2019-03-18 | 2019-03-18 | A device for observing the optical state of the sky within the visible hemisphere |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU191582U1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU38802A1 (en) * | 1934-03-02 | 1934-09-30 | М.М. Гуревич | Device for measuring air transparency |
WO2001013145A1 (en) * | 1999-08-18 | 2001-02-22 | Blue Sky Imaging Limited | Cloud imaging method and apparatus |
WO2012105973A1 (en) * | 2011-02-02 | 2012-08-09 | Michigan Aerospace Corporation | Atmospheric measurement system and method |
RU2525625C2 (en) * | 2012-07-16 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) | Method of determining cloud amount |
RU2589463C1 (en) * | 2015-05-14 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук | Device for determining total amount of clouds on basis of direct digital wide-angle images of visible hemisphere of sky |
RU2609757C2 (en) * | 2014-08-12 | 2017-02-02 | Сяоми Инк. | Method and device for displaying weather |
RU2678950C1 (en) * | 2017-11-30 | 2019-02-04 | Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева", ПАО КМЗ | Method for estimating cloudiness of night atmosphere and a night cloud sensor for implementation thereof |
-
2019
- 2019-03-18 RU RU2019107577U patent/RU191582U1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU38802A1 (en) * | 1934-03-02 | 1934-09-30 | М.М. Гуревич | Device for measuring air transparency |
WO2001013145A1 (en) * | 1999-08-18 | 2001-02-22 | Blue Sky Imaging Limited | Cloud imaging method and apparatus |
WO2012105973A1 (en) * | 2011-02-02 | 2012-08-09 | Michigan Aerospace Corporation | Atmospheric measurement system and method |
RU2525625C2 (en) * | 2012-07-16 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) | Method of determining cloud amount |
RU2609757C2 (en) * | 2014-08-12 | 2017-02-02 | Сяоми Инк. | Method and device for displaying weather |
RU2589463C1 (en) * | 2015-05-14 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук | Device for determining total amount of clouds on basis of direct digital wide-angle images of visible hemisphere of sky |
RU2678950C1 (en) * | 2017-11-30 | 2019-02-04 | Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева", ПАО КМЗ | Method for estimating cloudiness of night atmosphere and a night cloud sensor for implementation thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6680788B2 (en) | Detecting apparatus and method for identifying and monitoring clouds in the observation region of the sky | |
CA2301895C (en) | Apparatus and method for monitoring and reporting weather conditions | |
Chauvin et al. | Modelling the clear-sky intensity distribution using a sky imager | |
Dev et al. | Estimating solar irradiance using sky imagers | |
CN113226007B (en) | Image sensor and thermal imager device and systems and methods thereof | |
US10007999B2 (en) | Method of solar power prediction | |
KR101969841B1 (en) | Whole-sky camera-based a cloud observation system using the precision illumination data | |
US20040169770A1 (en) | All sky imager | |
JP2009282406A (en) | Fixed point observation apparatus and fixed point observation method | |
Graber et al. | Land-based infrared imagery for marine mammal detection | |
Koschny et al. | A double-station meteor camera set-up in the Canary Islands–CILBO | |
Lewis et al. | A radiometric all-sky infrared camera (RASICAM) for DES/CTIO | |
CN114894312A (en) | Cloud image detection system based on four-channel all-sky polarization imaging and detection method thereof | |
RU191582U1 (en) | A device for observing the optical state of the sky within the visible hemisphere | |
Shaw et al. | Continuous outdoor operation of an all-sky polarization imager | |
JP4500602B2 (en) | Road surface temperature prediction system, road surface temperature prediction method, and road surface temperature prediction program | |
Walker et al. | Monitoring the night sky with the Cerro Tololo All-Sky camera for the TMT and LSST projects | |
Terrén-Serrano et al. | Data acquisition and image processing for solar irradiance forecasting | |
RU2436133C2 (en) | Night cloud cover sensor | |
RU2589463C1 (en) | Device for determining total amount of clouds on basis of direct digital wide-angle images of visible hemisphere of sky | |
Mandát et al. | All Sky Cameras for the characterization of the Cherenkov Telescope Array candidate sites | |
KR20210111578A (en) | Distortion Method of Total Cloude Cover in Night Time using Ground Based Whole Sky Image Data | |
Shields et al. | Whole sky imagers for real-time cloud assessment, cloud free line of sight determinations and potential tactical applications | |
Mandat et al. | All Sky Camera instrument for night sky monitoring | |
Bettonvil | Remote and automatic small-scale observatories: experience with an all-sky fireball patrol camera |