RU2589463C1 - Device for determining total amount of clouds on basis of direct digital wide-angle images of visible hemisphere of sky - Google Patents

Device for determining total amount of clouds on basis of direct digital wide-angle images of visible hemisphere of sky Download PDF

Info

Publication number
RU2589463C1
RU2589463C1 RU2015118024/28A RU2015118024A RU2589463C1 RU 2589463 C1 RU2589463 C1 RU 2589463C1 RU 2015118024/28 A RU2015118024/28 A RU 2015118024/28A RU 2015118024 A RU2015118024 A RU 2015118024A RU 2589463 C1 RU2589463 C1 RU 2589463C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
control unit
cloud
digital
data
sky
Prior art date
Application number
RU2015118024/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Алексеевич Криницкий
Сергей Константинович Гулев
Алексей Владимирович Синицын
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук
Priority to RU2015118024/28A priority Critical patent/RU2589463C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2589463C1 publication Critical patent/RU2589463C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Image Processing (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology.
SUBSTANCE: invention relates to devices for recognising amount of clouds on spatio-temporal structure of radiation in visible range and can be used in marine observations amount of clouds of visible hemisphere of sky. Device for determining total amount of clouds comprises a system of recording data in form of a digital camera with a wide-angle lens, a unit for monitoring position of recording system, including a three-axis sensor of free fall acceleration, three-axis sensor of rotation and geographical position sensor, control unit of recording and processing data. Control unit of recording data is connected by digital communication lines with data recording system and position control unit, latter is rigidly connected to each other to form a common installation for external installation. Digital camera is fixed on housing of position control unit of recording system, which is made in form of mini-computer in a compact shockproof, dust-waterproof housing, and digital lines are made in form of a single cable.
EFFECT: high accuracy, objectivity and accuracy of determining total amount of clouds, and enabling detection of visible spatial structure of cloud in digital format.
8 cl, 15 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для распознания количества облачности по пространственно временной структуре излучения в видимой области, в частности, при морских наблюдениях общего балла облачности видимой полусферы неба.The invention relates to devices designed to recognize the amount of cloud cover by the spatio-temporal structure of radiation in the visible region, in particular, during marine observations of the total cloud cover of the visible hemisphere of the sky.

Облачность - совокупность облаков, наблюдаемых в определенном месте (или территории) в определенный момент или период времени. Облачность - один из важных факторов, определяющих погоду и климат. Благодаря экранирующему эффекту она препятствует как охлаждению поверхности Земли за счет собственного теплового излучения, так и ее нагреву излучением Солнца, тем самым уменьшая сезонные и суточные колебания температуры воздуха.Clouds - a set of clouds observed in a specific place (or territory) at a specific moment or period of time. Cloudiness is one of the important factors determining the weather and climate. Due to the screening effect, it prevents both cooling of the Earth's surface due to its own thermal radiation and its heating by solar radiation, thereby reducing seasonal and daily fluctuations in air temperature.

При анализе телевизионных снимков не всегда удается точно определить формы морфологической классификации облаков из-за фотографического сходства большинства из них между собой. Поэтому при дешифрировании пользуются условной классификацией, составленной с учетом информативных возможностей фотографии. Выделяются следующие основные типы облачности, каждый из которых может включать в себя не только соответствующие формы морфологической классификации - кучевые, слоистые, перистые и др., но и всевозможные разновидности всех ярусов, создающих на снимках сходный зрительный эффект: перисто-образные, слоистообразные, кучево-образные, кучево-дождевые или мощные кучевые, слоисто-кучевообразные, различные сочетания указанных типов. Кроме основных типов облачности, при дешифрировании определяются границы однородных облачных полей и количество облачности. Границей (контуром) называется линия раздела между полями с различными характеристиками. Контурами очерчиваются районы (поля), однородные по яркости и структуре изображения облачности. Количество облачности характеризует степень (коэффициент) покрытия облаками того или иного участка земной поверхности и определяется отношением (в процентах) площади, занятой облачными элементами внутри контура, ко всей площади, ограниченной контуром.When analyzing television images, it is not always possible to accurately determine the forms of morphological classification of clouds due to the photographic similarity of most of them among themselves. Therefore, when decrypting, they use conditional classification, compiled taking into account the informative capabilities of photography. The following main types of cloudiness are distinguished, each of which can include not only the corresponding forms of morphological classification - cumulus, layered, cirrus, etc., but also all kinds of varieties of all tiers that create a similar visual effect in the pictures: ciriform, layered, cumulus -shaped, cumulonimbus or powerful cumulus, layered cumulus, various combinations of these types. In addition to the main types of cloudiness, decryption determines the boundaries of homogeneous cloud fields and the amount of cloudiness. A boundary (contour) is a dividing line between fields with different characteristics. The contours outline areas (fields), uniform in brightness and structure of the cloud image. The amount of cloudiness characterizes the degree (coefficient) of clouds covering a particular area of the earth’s surface and is determined by the ratio (in percent) of the area occupied by cloud elements within the contour to the entire area bounded by the contour.

Известны правила и условия проведения наблюдений за облачностью. При этом на всех основных метеорологических станциях наблюдения производятся вединые синхронные сроки наблюдений: 0, 3, 6, 9, 12, 15, 18 и 21 ч. московского времени. Существенный недостаток этой методики состоит в том, что все наблюдения производятся визуально и, следовательно, обладают низкой точностью, связанной с субъективной оценкой наблюдателем количества облаков. Также предложенная методика подразумевает ведение наблюдений между сроками в условиях быстрого изменения облачности, что или нереально при использовании визуального подхода, или предполагает использование очень больших человеческих ресурсов. Наконец, визуальные наблюдения не дают возможности накопления архивных данных. («Наставления гидрометеорологическим станциям и постам» (выпуск 3, часть 1, Гидрометеоиздат, Ленинград, 1985 г.), глава 16 «Наблюдение за облаками»).The rules and conditions for conducting cloud observations are known. At the same time, at all the main meteorological observation stations, synchronous lead-time observation periods are made: 0, 3, 6, 9, 12, 15, 18 and 21 hours Moscow time. A significant drawback of this technique is that all observations are made visually and, therefore, have low accuracy associated with the subjective assessment of the number of clouds by the observer. Also, the proposed technique involves conducting observations between the dates in the conditions of a rapid change in cloudiness, which is either unrealistic when using the visual approach, or involves the use of very large human resources. Finally, visual observations do not allow the accumulation of archival data. (“Instructions to Hydrometeorological Stations and Posts” (issue 3, part 1, Hydrometeoizdat, Leningrad, 1985), chapter 16, “Observation of the clouds”).

Существенный недостаток этого технического решения состоит в том, что все наблюдения производятся визуально с субъективной оценкой наблюдателя. Также методика подразумевает ведение наблюдений с уменьшенным периодом в условиях быстрого изменения облачности, что подразумевает нерациональное использование трудовых ресурсов. Кроме того, практика визуальных наблюдений не подразумевает возможности накопления архивных данных в виде изображений видимой полусферы неба.A significant drawback of this technical solution is that all observations are made visually with the subjective assessment of the observer. Also, the method implies conducting observations with a reduced period in the conditions of a rapid change in cloudiness, which implies the irrational use of labor resources. In addition, the practice of visual observations does not imply the possibility of accumulating archival data in the form of images of the visible hemisphere of the sky.

Известно устройство, предназначенное для распознавания форм и количества облачности по ее пространственно-временной структуре излучения в инфракрасной области. Техническим результатом от реализации данного изобретения является повышение быстродействия устройства и возможность регистрации полусферического с перестраиваемым разрешением изображения поля излучения облачности для ее распознавания по пространственной структуре. Устройство распознавания форм облачности содержит радиометр, сканирующую систему, систему регистрации и обработки данных (блок регистрации). Сканирующая система выполнена в виде вращающегося вокруг оптической оси по образующей конуса зеркала с изменяющимся углом между оптической осью и его плоскостью (зенитным углом) и проецирующее на приемное устройство радиометра полусферическое с перестраиваемым угловым разрешением изображение поля излучения облачности, при этом зеркало выполнено с возможностью работы в следующем режиме: осуществляют полное круговое сканирование по азимутальному углу при заданном значении зенитного угла, поэтапно изменяют значение зенитного угла и проводятполное круговое сканирование по азимутальному углу при каждом из вновь установленных значений зенитного угла (RU №2331853).A device is known for recognizing the forms and amount of cloudiness by its spatiotemporal structure of radiation in the infrared region. The technical result from the implementation of this invention is to increase the speed of the device and the ability to register hemispherical with a tunable resolution of the image of the cloud radiation field for its recognition by spatial structure. The cloud shape recognition device comprises a radiometer, a scanning system, a data recording and processing system (registration unit). The scanning system is made in the form of a mirror rotating around an optical axis along a generatrix of the cone with a varying angle between the optical axis and its plane (zenith angle) and a cloud image projecting onto the radiometer receiving device with a tunable angular resolution, while the mirror is designed to work in the following mode: carry out a full circular scan along the azimuthal angle at a given value of the zenith angle, gradually change the value of the zenith angle and p conduct a full circular scan along the azimuthal angle for each of the newly set values of the zenith angle (RU No. 2331853).

Недостатками известного устройства являются недостаточные достоверность результатов и надежность в связи с наличием сканирующего устройства, включающего механически вращающиеся детали, и узость функциональных возможностей, обусловленная отсутствием возможности работы в видимом диапазоне излучений при морских наблюдениях общего балла облачности видимой полусферы неба и невозможностью ведения архивной записи облачности в момент наблюдений.The disadvantages of the known device are the lack of reliability of the results and reliability due to the presence of a scanning device including mechanically rotating parts, and the narrowness of functionality due to the inability to work in the visible range of radiation during marine observations of the total cloud point of the visible hemisphere of the sky and the inability to archive cloud records in moment of observation.

Известно техническое решение (применяемое до настоящего времени на практике) 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.A technical solution is known (used so far in practice) AUTOMATIC TOTAL SKY IMAGER MODEL TSI-880 ("Automatic device for shooting the sky"), http://yesinc.com/products/data/tsi880/tsi-880ds.pdf) described , including the work of SV 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.

Недостатками этого технического решения являютсяThe disadvantages of this technical solution are

- низкая степень автоматизации не позволяющая сократить периодичность наблюдения;- low degree of automation not allowing to reduce the frequency of observation;

- сложность конструкции, предусматривающей наличие систем слежения за положением Солнца;- the complexity of the design, providing for the presence of tracking systems for the position of the Sun;

- значительная погрешность измерения, обусловленная влиянием солнечной засветки, погрешностями слежения за положением Солнца с помощью конструктивно вынесенных систем слежения за положением Солнца и затеняющих его систем, а также субъективной оценкой визуального наблюдения за баллом облачности;- a significant measurement error due to the influence of solar illumination, errors in tracking the position of the Sun using structurally made tracking systems for the position of the Sun and its shading systems, as well as a subjective assessment of visual observation of the cloud cover;

- значительная, - до 25%, погрешность измерения, обусловленная недостаточной достоверностью определения тонкой облачности;- significant, - up to 25%, measurement error due to insufficient reliability of the determination of thin clouds;

- невозможностью управления режимами съемки в зависимости от положения в пространстве: устройство предназначено для установки на стабилизированной поверхности и не имеет технических средств для отслеживания изменения своего положения в пространстве.- the inability to control shooting modes depending on the position in space: the device is designed to be installed on a stable surface and does not have the technical means to track changes in its position in space.

Наиболее близким является известное техническое решение устройство определения общего балла облачности, содержащее широкоугольный объектив с углом поля зрения 180°, приемник излучения и блок хранения регистрации в цифровом виде, причем приемник излучения размещен со стороны, противоположной излучению облачности и выполнен в виде цифрового фотоаппарата, а в фокусе широкоугольного объектива находится матрица цифрового фотоаппарата, подключенного к цифровым входам-выходам блока хранения регистрации, выполненного в виде компьютера. Устройство установлено на судне в месте максимально свободном от затенения надстройками судна. Устройство выполнено с возможностью работы с видимым диапазоном излучения. Компьютер выполнен с установкой времени регистрации меньшей, чем стандартные сроки наблюдений. Устройство выполнено с возможностью сохранения фотографий в графическом формате для хранения фотоизображений и программной обработки пикселей изображения с получением информации о цифровой плотности синего и красного каналов для каждого пикселя (RU 2012108434, прототип).Closest to the known technical solution is a device for determining the total cloud cover, comprising a wide-angle lens with a field of view angle of 180 °, a radiation receiver and a digital recording storage unit, the radiation receiver being placed on the side opposite to the cloud radiation and made in the form of a digital camera, and the focus of the wide-angle lens is the matrix of a digital camera connected to the digital inputs and outputs of the registration storage unit, made in the form of a computer. The device is installed on the ship in a place as free from shadowing as possible by the superstructures of the ship. The device is configured to operate with a visible range of radiation. The computer is configured to set the recording time less than the standard observation time. The device is configured to save photos in a graphic format for storing photo images and software processing of image pixels to obtain information about the digital density of blue and red channels for each pixel (RU 2012108434, prototype).

Недостатками этого решения является значительная погрешность определения общего балла облачности, обусловленная следующими особенностями:The disadvantages of this solution is a significant error in determining the total cloud cover, due to the following features:

- регистрацией только части информации о цветовых координатах пикселей: красного и синего;- registration of only part of the information about the color coordinates of the pixels: red and blue;

- невозможностью определения местоположения солнечного диска на снимке какми-либо технических средствами, что ведет к ошибочному завышению значения общего балла облачности за счет учета солнечного диска в качестве области, покрытой облаками;- the impossibility of determining the location of the solar disk in the image by any technical means, which leads to an erroneous overestimation of the total cloud score by taking the solar disk into account as an area covered by clouds;

- невозможностью фильтрации солнечной засветки, которая приводит к значительному, до 25%, ложному завышению значения общего балла облачности;- the impossibility of filtering the solar exposure, which leads to a significant, up to 25%, false overestimation of the value of the total cloud cover;

- недостаточной достоверностью определения тонкой облачности, что приводит к ложному занижению значения общего балла облачности;- insufficient reliability of the definition of thin clouds, which leads to a false underestimation of the value of the total cloud cover;

- невозможностью управления режимами съемки: в условиях использования на судне устройство ведет съемку без привязки к горизонтальному положению камеры, что на этапе анализа снимков приводит к ложному снижению значения общего балла облачности.- the inability to control shooting modes: in the conditions of use on a ship, the device takes pictures without reference to the horizontal position of the camera, which at the stage of image analysis leads to a false decrease in the value of the total cloud cover.

Технической задачей изобретения является создание эффективного устройства для определения общего балла облачности на основе прямых цифровых широкоугольных снимков видимой полусферы неба и расширение арсенала устройств для определения общего балла облачности, основанных на оптическом наблюдении пространственно-временной структуры облачности в видимой области спектра.An object of the invention is to provide an effective device for determining the total cloud score based on direct digital wide-angle images of the visible hemisphere of the sky and expanding the arsenal of devices for determining the total cloud score based on optical observation of the spatio-temporal cloud structure in the visible spectrum.

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности, объективности и точности определения общего балла облачного покрытия видимой полусферы неба, и возможность регистрации видимой пространственной структуры облачности в цифровом формате. Полностью исключается влияние солнечной засветки по двум параметрам:The technical result of the invention is to increase the reliability, objectivity and accuracy of determining the total score of cloud coverage of the visible hemisphere of the sky, and the ability to register the visible spatial structure of the clouds in digital format. The influence of solar flare in two parameters is completely eliminated:

- в плане классификации солнечного диска как области, покрытой облаками;- in terms of classifying the solar disk as an area covered by clouds;

- в плане классификации частей снимка, засвеченной солнцем, как области,- in terms of classifying parts of the image exposed to the sun as areas,

покрытой облаками.covered in clouds.

Кроме того, повышение достоверности, объективности и точности определения общего балла облачности обусловлено полным исключением субъективной оценка при визуальном наблюдении за баллом облачности.In addition, the increase in the reliability, objectivity and accuracy of determining the total cloud score is due to the complete exclusion of subjective assessment during visual observation of the cloud cover.

Сущность изобретения состоит в том, что устройство для определения общего балла облачности на основе прямых цифровых широкоугольных снимков видимой полусферы неба содержит систему регистрации данных в виде цифровой камеры с широкоугольным объективом, выполненную с возможностью приема излучения оптического диапазона и блока контроля положения системы регистрации, включающий трехосевой датчик ускорения свободного падения, трехосевой датчик вращения и датчик географического положения, а также блок управления регистрацией и обработки данных, выполненный с возможностью обработки получаемых данных и хранения цифровых регистраций информации о закрытых и незакрытых облачностью участках видимой полусферы небосвода, при этом блок управления регистрацией данных связан цифровыми линиями связи с системой регистрации данных и с блоком контроля положения, которые жестко соединены между собой с образованием единой установки наружного монтажа.The essence of the invention lies in the fact that the device for determining the total cloud score based on direct digital wide-angle images of the visible hemisphere of the sky contains a data recording system in the form of a digital camera with a wide-angle lens, configured to receive optical radiation and a position control unit for the registration system, including a three-axis a gravity acceleration sensor, a three-axis rotation sensor and a geographical position sensor, as well as a registration and processing control unit data, configured to process the received data and store digital registrations of information about closed and cloudless parts of the visible hemisphere of the sky, while the data recording control unit is connected by digital communication lines to the data registration system and to the position control unit, which are rigidly interconnected to form single installation of external installation.

Предпочтительно, система регистрации выполнена в виде цифровой камеры с разрешением 1920×1920рх, углом зрения около 180°, стандарта высокой четкости, с широкоугольным объективом типа «рыбий глаз», в фокусе широкоугольногообъектива размещена матрица цифровой камеры, подключенной цифровыми линиями к блоку управления регистрацией данных.Preferably, the registration system is made in the form of a digital camera with a resolution of 1920 × 1920 px, a viewing angle of about 180 °, high definition standard, with a wide-angle fisheye lens, a wide-angle lens has a digital camera matrix connected by digital lines to the data recording control unit .

Причем установка наружного монтажа выполнена без выступающих и подвижных частей, при этом цифровая камера закреплена непосредственно на корпусе блока контроля положения системы регистрации, выполненном, например, в виде мини-компьютера в компактном ударопрочном пыле- влагозащищенном корпусе, а цифровые линии выполнены в виде единого кабеля.Moreover, the installation of external mounting is made without protruding and moving parts, while the digital camera is mounted directly on the housing of the control unit for the position of the registration system, made, for example, in the form of a mini-computer in a compact, shockproof, dustproof and waterproof housing, and the digital lines are made in the form of a single cable .

Кроме того, установка наружного монтажа снабжена монтажной пластиной и средствами крепления к лееру верхней палубы морского судна в месте, максимально свободном от затенения надстройками судна.In addition, the installation of external installation is equipped with a mounting plate and means of fastening to the rail of the upper deck of the marine vessel in a place as free from shadowing by the superstructures of the vessel.

Предпочтительно, блок управления регистрацией и обработки данных выполнен в виде персонального компьютера, содержащего систему хранения данных и систему управления регистрацией данных.Preferably, the control unit for registration and data processing is made in the form of a personal computer containing a data storage system and a data registration control system.

При этом блок управления регистрацией и обработки данных выполнен с возможностью приема данных положения и пространственной ориентации системы регистрации, управления режимами работы системы регистрации данных по результатам анализа ее положения и пространственной ориентации, приема снимков видимой полусферы неба с системы регистрации данных по цифровой линии связи и подавления солнечной засветки.At the same time, the control unit for recording and processing data is configured to receive position data and spatial orientation of the registration system, control the operating modes of the data registration system based on the analysis of its position and spatial orientation, receive pictures of the visible hemisphere of the sky from the data recording system via a digital communication line and suppress sun exposure.

Одновременно блок управления регистрацией и обработки данных выполнен с возможностью хранения цифровых фотографий, программной обработки пикселей изображения с получением информации о цветовых координатах в цветовом пространстве RGB для каждого пикселя и разделением точек полученного поля индекса степени серости на три класса: «ОТКРЫТОЕ НЕБО», «ОБЛАКО» и «НЕ УЧАСТВУЕТ» для определения общего процента облачного покрытия и структуры облачности.At the same time, the registration and data processing control unit is capable of storing digital photographs, programmatically processing image pixels to obtain information on color coordinates in the RGB color space for each pixel and dividing the points of the obtained grayness index field into three classes: “OPEN SKY”, “CLOUD ”And“ DO NOT PARTICIPATE ”to determine the total percentage of cloud coverage and cloud structure.

На чертеже фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для определения общего балла облачности на основе прямых цифровых широкоугольных снимков облачности, на фиг. 2 - внешний вид установки наружного монтажа, закрепленной на леере верхней палубы исследовательского судна, на фиг. 3 - общая блок-схема алгоритма оценки общего балла облачности по изображению верхней видимой полусферы неба, на фиг. 4 - пример регистрации структуры облачности, на фиг. 5 -примеры регистрации структуры облачности, в том числе в сложных метеоусловиях.In the drawing of FIG. 1 is a schematic diagram of a device for determining the total cloud score based on direct digital wide-angle cloud images; FIG. 2 is an external view of an outdoor installation mounted on the rail of the upper deck of a research vessel, FIG. 3 is a general block diagram of an algorithm for estimating a total cloud score from an image of the upper visible hemisphere of the sky, FIG. 4 is an example of registering a cloud structure; FIG. 5 - examples of registration of cloud structure, including in difficult weather conditions.

На чертежах обозначены блок 1 - установка наружного монтажа, блок 2 контроля положения системы 3 регистрации данных (цифровая камера 3 с широкоугольным объективом типа «рыбий глаз»), цифровые линии 4, 5 связи, блок 6 управления и обработки, выполненный в виде мини-компьютера в компактном ударопрочном пыле- влагозащищенном корпусе.In the drawings, block 1 is indicated — an outdoor installation, block 2 for controlling the position of the data recording system 3 (digital camera 3 with a wide-angle fisheye lens), digital communication lines 4, 5, control and processing unit 6, made in the form of a mini computer in a compact, shockproof, dustproof and waterproof housing.

Конструктивно система 3 регистрации данных (цифровая камера) и блок 2 контроля положения системы регистрации выполнены заодно - в виде единой установки 1 - установки наружного монтажа (Фиг. 2). Установка 1 наружного монтажа выполнена без выступающих движущихся или статических частей, в ударопрочном корпусе. Цифровые линии 4, 5 связи конструктивно выполнены в виде единого кабеля. Установка 1 наружного монтажа, кабель цифровых линий 4, 5 связи и соединительные элементы выполнены с соблюдением стандарта пыле- и влагозащиты IP-67.Structurally, the data recording system 3 (digital camera) and the position control unit 2 of the registration system are made at the same time - in the form of a single installation 1 - outdoor installation (Fig. 2). Installation 1 of external mounting is made without protruding moving or static parts in an impact-resistant housing. Digital communication lines 4, 5 are structurally made in the form of a single cable. Installation of 1 outdoor mounting, cable for digital lines 4, 5, and connecting elements are made in compliance with the dust and moisture protection standard IP-67.

Устройство для определения общего балла облачности на основе прямых цифровых широкоугольных снимков видимой полусферы неба функционирует следующим образом.A device for determining the total cloud score based on direct digital wide-angle images of the visible hemisphere of the sky operates as follows.

Цифровой камерой 3 с широкоугольным объективом осуществляется прием излучения видимого оптического диапазона.A digital camera 3 with a wide-angle lens receives radiation of the visible optical range.

Широкоугольный объектив камеры 3 собирая излучение с видимой полусферы неба путем системы линз, находящихся в нем, проецирует видимую картину на поверхность (матрицу) приемника (цифровой камеры 3). Управление камерой 3 производится через цифровые входы-выходы блока 6, цифровые снимки видимой (верхней) полусферы неба поступают на блок 6. Камера 3 делает обычную цветную фотографию, которую сохраняет в один из популярных графических форматов, применяемый для хранения фотоизображений - JPEG. Структура файла формата JPEG позволяет легко программно работать по отдельности с каждым пикселем изображения и получать цветовые координаты в пространстве RGB (рекомендации Международного союза электросвязи №ITU-Rec.709) для каждого пикселя.The wide-angle lens of camera 3, collecting radiation from the visible hemisphere of the sky by a system of lenses located in it, projects a visible picture onto the surface (matrix) of the receiver (digital camera 3). Camera 3 is controlled through the digital inputs and outputs of block 6, digital images of the visible (upper) hemisphere of the sky are sent to block 6. Camera 3 takes a regular color photograph, which is saved in one of the popular graphic formats used for storing photo images - JPEG. The structure of the JPEG file allows you to easily individually programmatically work with each pixel in the image and obtain color coordinates in the RGB space (recommendations of the International Telecommunication Union No. ITU-Rec. 709) for each pixel.

Использование широкоугольного объектива камеры 3 позволяет отказаться от механических перемещений камеры 3, как приемника излучения, и выполнить жесткую привязку полусферической пространственной структуры к линии горизонта. Это повышает надежность устройства в плавании, в полевых условиях, так как в ней нет подвижных элементов конструкции. Используется камера 3, выдающая снимки существенно более высокого разрешения: 1920×1920рх впредлагаемом изобретении против 512×582рх и 640×480рх в различных известных аналогах. Такое существенно повышенное разрешение снимков позволяет достигнуть достаточной точности определения расположения солнечного диска на снимке.Using the wide-angle lens of the camera 3 allows you to abandon the mechanical movements of the camera 3, as a radiation receiver, and perform rigid binding of the hemispherical spatial structure to the horizon line. This increases the reliability of the device in swimming, in the field, since it does not have moving structural elements. A camera 3 is used, which produces images of a significantly higher resolution: 1920 × 1920 px in the proposed invention versus 512 × 582 px and 640 × 480 px in various known analogues. Such a significantly increased resolution of the images allows us to achieve sufficient accuracy in determining the location of the solar disk in the image.

Блок 2 контроля положения системы 3 регистрации с помощью датчиков (трехосевой датчик ускорения свободного падения, трехосевой датчик вращения и датчик географического положения) обеспечивает получение реальных данных о местоположении (данные геолокации, точное время) и ориентации в пространстве системы 3 регистрации данных и установки 1 наружного монтажа в целом.The unit 2 for controlling the position of the registration system 3 using sensors (three-axis free fall acceleration sensor, three-axis rotation sensor and geographical position sensor) provides real location data (geolocation data, exact time) and spatial orientation of the data recording system 3 and installation of 1 outdoor installation as a whole.

Поскольку конструктивно блок 2 контроля положения системы регистрации и цифровая камера 3 представляют собой единую установку 1 наружного монтажа, это позволяет принимать данные о местоположении и ориентации в пространстве блока 2 контроля положения системы регистрации за данные о местоположении и ориентации в пространстве всей установки 1 в целом.Since structurally, the unit 2 for monitoring the position of the registration system and the digital camera 3 are a single unit 1 for outdoor installation, this allows us to accept data on the location and orientation in the space of the unit 2 for controlling the position of the registration system for data on the location and orientation in the space of the entire unit 1 as a whole.

Блок 6 управления и обработки работает в соответствии с блок-схемой, приведенной на фиг. 3 и выполняет функции:The control and processing unit 6 operates in accordance with the flowchart of FIG. 3 and performs the functions:

- приема данных положения и пространственной ориентации системы регистрации;- receiving position data and spatial orientation of the registration system;

- управления режимами работы системы регистрации данных по результатам анализа ее географического положения и пространственной ориентации;- management of the operating modes of the data recording system based on the analysis of its geographical position and spatial orientation;

- приема снимков видимой полусферы неба с системы регистрации данных по цифровой линии связи;- receiving images of the visible hemisphere of the sky from a data recording system via a digital communication line;

- обработки полученных снимков для определения общего процента облачного покрытия и структуры облачности;- processing the obtained images to determine the total percentage of cloud coverage and cloud structure;

- организации хранения полученных данных: цифровых снимков и результатов анализа снимков.- organization of storage of received data: digital images and image analysis results.

Оценка общего балла облачности осуществляется блоком 6 управления и обработки автоматически по набору статистических характеристик приходящего видимого излучения. Для проведения оценки разработан новый алгоритм обработки снимков верхней полусферы неба, обладающий точностью, значительно превышающей точность известных и распространенных алгоритмов.Assessment of the total cloud point is carried out by the control and processing unit 6 automatically based on a set of statistical characteristics of the incoming visible radiation. To conduct the assessment, a new algorithm for processing images of the upper hemisphere of the sky has been developed, which has an accuracy significantly higher than the accuracy of known and common algorithms.

В алгоритме оценки общего балла облачности используется индекс степени серости точки, определяемый по формуле:In the algorithm for assessing the total cloud score, the point grayness index is used, which is determined by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где R,G,B - компоненты цифрового представления цвета точки в цветовом пространстве стандарта RGB (рекомендации Международного союза электросвязи №ITU-Rec.709), Y - общая яркость точки, а выражение StdDev(a,b,c,d,...) означает вычисление стандартного отклонения для ряда величин, передаваемых этой функции в качестве аргументов.where R, G, B are the components of the digital representation of the color of the point in the RGB color space (recommendations of the International Telecommunication Union No. ITU-Rec. 709), Y is the total brightness of the point, and the expression StdDev (a, b, c, d, .. .) means the calculation of the standard deviation for a series of quantities passed as arguments to this function.

Блок алгоритма, определяющий наличие, местоположение и размер солнечного диска на изображении, выполнен в двух вариациях, которые выбираются автоматически:The algorithm block that determines the presence, location and size of the solar disk in the image is made in two variations, which are automatically selected:

- при наличии данных о географическом положении и ориентации системы регистрации данных;- if there is data on the geographical position and orientation of the data recording system;

- при отсутствии данных о географическом положении и ориентации системы регистрации данных.- in the absence of data on the geographical location and orientation of the data recording system.

Такая вариативность обеспечивает бесперебойную работу алгоритма оценки балла облачности в том числе при сбоях блока контроля положения системы регистрации.Such variability ensures uninterrupted operation of the cloud point estimation algorithm, including during failures of the control unit of the position of the registration system.

Использование индекса степени серости позволяет повысить надежность детектирования структуры облачности, особенно в условиях тонкой облачности и низкой освещенности. Это, в свою очередь, позволяет увеличить точность оценки общего балла облачности в наиболее широком диапазоне освещенности и погодных условий как на суше, так и при применении изобретения в условиях метеостанции на борту судна.The use of the grayness index makes it possible to increase the reliability of detecting the cloud structure, especially in conditions of thin cloud and low light. This, in turn, makes it possible to increase the accuracy of estimating the total cloud cover in the widest range of illumination and weather conditions both on land and when applying the invention in a weather station on board a ship.

Оценка необходимости применения подавления солнечной засветки производится исходя из наличия солнечного диска на полученном снимке и оценки искажений, вносимых влиянием солнечной засветки в поле индекса степени серости. Сама процедура подавления солнечной засветки предполагает:An assessment of the need for applying solar illumination suppression is made based on the presence of a solar disc in the resulting image and the distortion introduced by the influence of solar illumination in the grayness index field. The procedure for suppressing solar flare involves:

- определение положения и размера солнечного диска на изображении;- determination of the position and size of the solar disk in the image;

- определение численных параметров влияния солнечной засветки на поле индекса степени серости;- determination of the numerical parameters of the influence of solar flare on the field of the index of degree of grayness;

- вычитание аддитивной составляющей искажений, вносимых солнечной засветкой в поле индекса степени серости и компенсация искажений, внесенных в значения индекса степени серости.- subtraction of the additive component of distortions introduced by solar illumination in the field of the index of degree of grayness and compensation of distortions introduced into the values of the index of degree of grayness.

Применение, в случае необходимости, схемы подавления солнечной засветки позволяет увеличить точность оценки общего балла облачности как за счет исключения области расположения самого солнечного диска из числа классифицируемых как «ОБЛАКО», так и за счет компенсации влияния засветки на остальных участках снимка.The use, if necessary, of a scheme for suppressing solar flare allows one to increase the accuracy of estimating the total cloud score both by eliminating the area of the sun’s disk from those classified as “CLOUD” and by compensating for the influence of flare on the remaining parts of the image.

Кроме того, применение в блоке 6 схемы подавления солнечной засветки позволяет избежать использования конструктивно вынесенных систем слежения за положением Солнца и затеняющих его систем. Это позволяет значительно уменьшить габариты установки 1 наружного монтажа, а также избежать наличия выступающих и подвижных частей.In addition, the use of block 6 suppression of solar illumination avoids the use of structurally made tracking systems for the position of the Sun and shading systems. This allows you to significantly reduce the dimensions of the installation 1 outdoor installation, as well as to avoid the presence of protruding and moving parts.

Данные, которые в режиме реального времени регистрируются блоком 2 контроля положения, передаются для обработки по цифровой линии 4 связи в блок 6 управления и обработки; управление регистрирующей системой производится по цифровой линии 5 связи с блока 6 управления и обработки.Data that is recorded in real time by the position control unit 2 is transmitted for processing via a digital communication line 4 to the control and processing unit 6; the recording system is controlled via a digital communication line 5 from the control and processing unit 6.

Оценка общего балла облачности производится разделением точек полученного поля индекса степени серости на три класса: «ОТКРЫТОЕ НЕБО», «ОБЛАКО» и «НЕ УЧАСТВУЕТ». Точки, не принимаемые во внимание при оценке балла облачности, лежат за пределами области проекции видимой области на матрицу камеры и определяются геометрически на первоначальном этапе анализа изображения. Для каждого типа цифровой камеры, используемой в системе регистрации данных, проводятся предварительные исследования, которые позволяют определить значение GrIxm, используемое для классификации точек поля индекса степени серости на классы «ОТКРЫТОЕ НЕБО» и «ОБЛАКО». Значением по умолчанию, дающим наиболее точную оценку общего балла облачности для любых типов цифровых камер, является GrIxm=0.1The total cloud score is estimated by dividing the points of the obtained grayness index field into three classes: “OPEN SKY”, “CLOUD” and “DO NOT PARTICIPATE”. Points that are not taken into account when evaluating the cloudiness point lie outside the projection area of the visible region on the camera matrix and are determined geometrically at the initial stage of image analysis. For each type of digital camera used in the data recording system, preliminary studies are carried out to determine the GrIx m value used to classify the points of the grayness index field into the classes “OPEN SKY” and “CLOUD”. The default value that gives the most accurate estimate of the total cloud score for any type of digital camera is GrIx m = 0.1

Точки поля, подчиняющиеся условию GrIx≥GrIxm, классифицируются как «ОБЛАКО», остальные участвующие в классификации точки классифицируются как «ОТКРЫТОЕ НЕБО». Общий балл облачности вычисляется целой частью отношения количества точек, классифицированных как «ОБЛАКО» к общему количеству точек, участвующих в оценке, умноженного на 10:Field points that obey the GrIx≥GrIx m condition are classified as “CLOUD”, the remaining points involved in the classification are classified as “OPEN SKY”. The total cloud point is calculated by the whole part of the ratio of the number of points classified as “CLOUD” to the total number of points involved in the assessment, multiplied by 10:

Figure 00000002
Figure 00000002

Приведение к целочисленному результату по шкале от 0 до 10 используется, поскольку согласно методике наблюдения за облаками «Количество облаков (облачность) оценивается в баллах; 1 балл составляет 0,1 часть всего небосвода».The reduction to an integer result on a scale from 0 to 10 is used, because according to the method of observing clouds "The number of clouds (cloudiness) is estimated in points; 1 point is 0.1 part of the entire firmament. "

Использование блока 2 контроля положения системы регистрации позволяет выполнить жесткую привязку регистрируемой полусферической пространственной структуры к линии горизонта, что повышает надежность системы в полевых условиях, особенно в условиях наблюдений на борту судна.The use of block 2 for controlling the position of the registration system makes it possible to rigidly link the recorded hemispherical spatial structure to the horizon line, which increases the reliability of the system in the field, especially in conditions of observations on board the vessel.

В примере регистрации структуры облачности на фиг. 4 представлен цифровой снимок верхней полусферы неба в видимой области спектра (слева).In the cloud structure registration example in FIG. 4 presents a digital image of the upper hemisphere of the sky in the visible region of the spectrum (left).

Фиг. 4 представляет собой цветной снимок верхней видимой полусферы неба в оптическом диапазоне. Основная полезная часть снимка представляет собой цветной круг, вписанный в квадрат видимой области изображения. Область изображения, лежащая за пределами этого круга, не содержит полезной информации и заполнена черным цветом. Полезная область снимка изображает состояние небосвода на момент съемки, представляет собой голубой круг с белыми и серыми различной яркости облаками, белым пятном, представляющим солнечный диск, и некоторыми различных цветов объектами, являющимися отображением корабельных надстроек, попавших в поле зрения камеры. Изображение соответствует визуальному восприятию видимой полусферы неба наблюдателем;FIG. 4 is a color image of the upper visible hemisphere of the sky in the optical range. The main useful part of the image is a colored circle inscribed in the square of the visible area of the image. The image area lying outside this circle does not contain useful information and is filled in black. The useful area of the image depicts the state of the sky at the time of shooting, is a blue circle with white and gray clouds of varying brightness, a white spot representing the solar disk, and some different colors of objects that are images of ship superstructures that fall into the field of view of the camera. The image corresponds to the visual perception of the visible hemisphere of the sky by the observer;

- иллюстрация определения расположения и размера солнечного диска (в центре) - представляет собой затемненную копию оригинального снимка с ярко выделенным небольшим белым кругом, отмечающим положение и размер автоматически определенного диска солнца;- illustration of determining the location and size of the solar disk (in the center) - is a darkened copy of the original image with a brightly highlighted small white circle marking the position and size of the automatically determined solar disk;

- иллюстрация классификации точек снимка. Представляет собой трехцветное изображение, по размеру полностью соответствующее оригинальному снимку. Основная область, содержащая полезную информацию, представляет собой круг, вписанный в квадрат видимой области изображения. Области изображения, лежащие за пределами этого круга, не имеют практического применения при анализе изображения, и обозначены черным цветом. Полезная часть изображения заполнена синим цветом в местах, идентифицированных как открытое небо, и белым цветом в местах, соответствующих наличию облаков на оригинальном изображении.- illustration of the classification of points in the picture. It is a three-color image, the size is fully consistent with the original image. The main area containing useful information is a circle inscribed in the square of the visible area of the image. Areas of the image that lie outside this circle have no practical use in image analysis, and are indicated in black. The useful part of the image is filled with blue in places identified as open sky, and white in places corresponding to the presence of clouds in the original image.

На фиг. 5 представлены изображения: оригинальное (цифровой снимок верхней полусферы неба в видимой области спектра) - слева, иллюстрация классификации точек снимка по алгоритму, используемому в предлагаемом изобретении (в центре), иллюстрация классификации точек снимка по алгоритму, используемому в применяемом до настоящего времени на практике известном устройстве AUTOMATIC TOTAL SKY IMAGER (справа). Условные цветовые обозначения классифицированных точек: черный - «НЕ УЧАСТВУЕТ», синий - «ОТКРЫТОЕ НЕБО», белый - «ОБЛАКО».In FIG. 5 presents images: original (digital image of the upper hemisphere of the sky in the visible spectral region) - on the left, illustration of the classification of image points according to the algorithm used in the present invention (in the center), illustration of the classification of image points according to the algorithm used in practice that has been used up to now the famous AUTOMATIC TOTAL SKY IMAGER device (right). Symbols of classified points: black - “DO NOT PARTICIPATE”, blue - “OPEN SKY”, white - “CLOUD”.

Каждый из примеров 1-11 представлен на фиг. 5 тремя изображениями:Each of Examples 1-11 is shown in FIG. 5 three images:

- (слева) цветной снимок верхней видимой полусферы неба в оптическом диапазоне. Основная полезная часть снимка представляет собой цветной круг, вписанный в квадрат видимой области изображения. Область изображения, лежащая за пределами этого круга, не содержит полезной информации и заполнена черным цветом. Полезная область снимка изображает состояние небосвода на момент съемки, представляет собой голубой круг с белыми и серыми различной яркости облаками, белым пятном, представляющим солнечный диск, и некоторыми различных цветов объектами, являющимися отображением корабельных надстроек, попавших в поле зрения камеры. Изображение соответствует визуальному восприятию видимой полусферы неба наблюдателем;- (left) color image of the upper visible hemisphere of the sky in the optical range. The main useful part of the image is a colored circle inscribed in the square of the visible area of the image. The image area lying outside this circle does not contain useful information and is filled in black. The useful area of the image depicts the state of the sky at the time of shooting, is a blue circle with white and gray clouds of varying brightness, a white spot representing the solar disk, and some different colors of objects that are images of ship superstructures that fall into the field of view of the camera. The image corresponds to the visual perception of the visible hemisphere of the sky by the observer;

- (в центре) объективная картина результата классификации точек оригинального изображения на классы: «ОБЛАКО», «ОТКРЫТОЕ НЕБО» и «НЕ УЧАСТВУЕТ», с использованием заявленного устройства. Представляет собой синий круг полезной области снимка, вписанный в черный квадрат видимой области изображения. На полезной области снимка белым цветом отмечены различного размера и формы пространственные структуры, определенные как облака;- (in the center) an objective picture of the classification of points of the original image into classes: "CLOUD", "OPEN SKY" and "DO NOT PARTICIPATE", using the claimed device. It is a blue circle of the useful area of the image, inscribed in the black square of the visible area of the image. On the useful area of the image, white color indicates spatial structures of various sizes and shapes, defined as clouds;

- (справа) объективная картина результата классификации точек оригинального изображения на классы: «ОБЛАКО», «ОТКРЫТОЕ НЕБО» и «НЕ УЧАСТВУЕТ», с использованием устройства-аналога TSI-880. Представляет собой синий круг полезной области снимка, вписанный в черный квадрат видимой области изображения. На полезной области снимка белым цветом отмечены различного размера и формы пространственные структуры, определенные как облака.- (right) an objective picture of the classification of points of the original image into classes: “CLOUD”, “OPEN SKY” and “DO NOT PARTICIPATE”, using the TSI-880 analogue device. It is a blue circle of the useful area of the image, inscribed in the black square of the visible area of the image. In the useful area of the image, white color indicates spatial structures of various sizes and shapes, defined as clouds.

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Приведенные на Фиг. 5 результаты показывают очевидное превосходство предлагаемого в изобретении алгоритма оценки общего балла облачности по сравнению с используемыми в существующих системах. Для наглядности можно привести среднюю величину отклонения а также среднеквадратичное отклонение результата каждого из алгоритмов от визуальной оценки наблюдателем.Referring to FIG. 5, the results show the obvious superiority of the proposed algorithm for estimating the total cloudiness score in comparison with those used in existing systems. For clarity, the average deviation as well as the standard deviation of the result of each of the algorithms from the visual assessment by the observer can be given.

Figure 00000005
Figure 00000005

Исходя из приведенных результатов, можно установить, что:Based on the above results, we can establish that:

- алгоритм, разработанный для использования в предлагаемом изобретении, представляет результаты, в подавляющем большинстве случаев отличающиеся от оценки наблюдателя не более чем на 5%;- the algorithm developed for use in the present invention, presents the results, in the vast majority of cases, differing from the observer’s estimate by no more than 5%;

- при этом повсеместно внедряемые алгоритмы, в базе своей имеющие аналоги используемому в AUTOMATIC TOTAL SKY IMAGER, дают оценку, статистически отличающуюся от оценки наблюдателя почти на 30%.- at the same time, universally implemented algorithms, which in their basis have analogues to those used in AUTOMATIC TOTAL SKY IMAGER, give an estimate that is statistically different from the observer's estimate by almost 30%.

Исполнение установки 1 наружного монтажа в виде единого элемента без выступающих и подвижных частей позволяет значительно повысить безопасность эксплуатации изобретения в условиях наблюдений на борту судна и в полевых условиях любого типа.The execution of the installation 1 outdoor installation in the form of a single element without protruding and moving parts can significantly increase the safety of the invention in the conditions of observation on board the vessel and in the field of any type.

В совокупности эти конструктивные особенности позволяют получать данные, необходимые для определения расположения диска солнца на снимке без использования устройства затенения солнца. Устранение влияния засветки в дальнейшем производится блоком 6 в процессе обработки изображения, с использованием данных о местоположении и ориентации в пространстве системы регистрации данных.Together, these design features allow you to obtain the data necessary to determine the location of the sun disk in the picture without using a sun shading device. Elimination of the influence of illumination in the future is performed by block 6 in the process of image processing, using data on the location and orientation in the space of the data recording system.

Устройство способно вести полностью автоматическое наблюдение и расчет общего балла облачности. В условиях быстроизменяющейся облачности устройство способно вести наблюдения с минимальными периодами (значительно меньшими, чем предписано в программе работы метеостанции). Устройство способно вести архив наблюдений пространственно-временной структуры облачности для повышения достоверности и точности определения общего балла облачности, в том числе для последующего анализа истории наблюдений. Устройство характеризуется повышенной точностью за счет гарантированного распознавания тонкой облачности как в условиях представленного на снимке солнечного диска, так и в его отсутствие; а также за счет использования схемы подавления влияния солнечной засветки.The device is able to conduct fully automatic observation and calculation of the total cloud score. In conditions of rapidly changing cloud cover, the device is able to conduct observations with minimum periods (significantly shorter than prescribed in the weather station work program). The device is capable of maintaining an archive of observations of the spatiotemporal cloud structure to increase the reliability and accuracy of determining the total cloud score, including for subsequent analysis of the observation history. The device is characterized by increased accuracy due to the guaranteed recognition of thin clouds both in the conditions of the solar disk shown in the picture and in its absence; and also through the use of a scheme to suppress the influence of solar illumination.

В целом имеет место:In general, there is:

- автоматизация метеорологических измерений общего балла облачности по пространственно-временным и частотным характеристикам рассеяния излучения в видимой области спектра;- Automation of meteorological measurements of the total cloud cover by the spatio-temporal and frequency characteristics of radiation scattering in the visible region of the spectrum;

- повышение объективности и точности результатов измерений общего балла облачности;- increasing the objectivity and accuracy of the measurement results of the total cloud cover;

- повышение уровня надежности и безопасности процедуры проведения наблюдений в полевых условиях повышенной опасности, какими является, например, наблюдения на борту исследовательского судна;- increasing the level of reliability and safety of the procedure for conducting observations in field conditions of increased danger, such as, for example, observations on board a research vessel;

- использование полностью автоматического устройства для определения общего балла облачности.- the use of a fully automatic device to determine the total cloud score.

Предлагаемое изобретение создано в действующем макете, апробировано в натурных условиях. Получены результаты, подтверждающие получение указанного технического результата.The present invention was created in the current layout, tested in natural conditions. The results confirming the receipt of the specified technical result.

Claims (8)

1. Устройство для определения общего балла облачного покрытия, содержащее систему регистрации данных в виде цифровой камеры с широкоугольным объективом, выполненную с возможностью приема излучения оптического диапазона и блока контроля положения системы регистрации, включающего трехосевой датчик ускорения свободного падения, трехосевой датчик вращения и датчик географического положения, а также блок управления регистрацией и обработкой данных, выполненный с возможностью обработки получаемых данных и хранения цифровых регистрации информации о закрытых и незакрытых облачностью участках видимой полусферы небосвода, при этом блок управления регистрацией данных связан цифровыми линиями связи с системой регистрации данных и с блоком контроля положения последней, выполненным в виде мини-компьютера в ударопрочном, пыле-влагозащищенном корпусе, на котором жестко закреплена система регистрации данных с образованием тем самым единой установки наружного монтажа, снабженной средствами крепления.1. A device for determining the total score of cloud coverage, comprising a data recording system in the form of a digital camera with a wide-angle lens, configured to receive optical range radiation and 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 , as well as a control unit for registration and data processing, configured to process received data and store digital registration information about the areas of the visible hemisphere of the sky that are closed and not covered by cloud, while the data recording control unit is connected by digital communication lines to the data recording system and to the position control unit of the latter, made in the form of a mini-computer in an impact-resistant, dust-and-waterproof case, on which is rigidly fixed a data recording system with the formation of a single outdoor installation, equipped with fastening means. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что система регистрации выполнена в виде цифровой камеры с разрешением 1920×1920 рх, стандарта высокой четкости, с широкоугольным объективом типа «рыбий глаз».2. The device according to p. 1, characterized in that the registration system is made in the form of a digital camera with a resolution of 1920 × 1920 px, a high definition standard, with a wide-angle fisheye lens. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в фокусе широкоугольного объектива размещена матрица цифровой камеры, подключенной цифровыми линиями к блоку управления регистрацией данных.3. The device according to p. 2, characterized in that the focus of the wide-angle lens is a matrix of a digital camera connected by digital lines to the data recording control unit. 4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что установка наружного монтажа выполнена без выступающих и подвижных частей, а цифровые линии выполнены в виде единого кабеля.4. The device according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the installation of external mounting is made without protruding and moving parts, and digital lines are made in the form of a single cable. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что установка наружного монтажа снабжена монтажной пластиной и выполнена со средствами крепления к лееру верхней палубы морского судна в месте, максимально свободном от затенения надстройками судна.5. The device according to claim 4, characterized in that the outdoor installation is provided with a mounting plate and is made with means for fastening to the rail of the upper deck of the sea vessel in a place as free from shadowing by the ship's superstructures as possible. 6. Устройство по любому из пп. 1-3, 5, отличающееся тем, что блок управления регистрацией и обработкой данных выполнен в виде персонального компьютера.6. The device according to any one of paragraphs. 1-3, 5, characterized in that the control unit for registration and data processing is made in the form of a personal computer. 7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что блок управления регистрацией и обработки данных выполнен с возможностью приема данных положения и пространственной ориентации системы регистрации, управления режимами работы системы регистрации данных по результатам анализа ее положения и пространственной ориентации, приема снимков видимой полусферы неба с системы регистрации данных по цифровой линии связи и подавления солнечной засветки.7. The device according to claim 6, characterized in that the control unit for registration and data processing is configured to receive position data and spatial orientation of the registration system, control the operating modes of the data recording system based on the analysis of its position and spatial orientation, and receive pictures of the visible hemisphere of the sky from a system for recording data on a digital communication line and suppressing solar flare. 8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что блок управления регистрацией и обработки данных выполнен с возможностью хранения цифровых фотографий, программной обработки пикселей изображения с получением информации о цветовых координатах в цветовом пространстве RGB для каждого пикселя и разделением точек полученного поля на три класса: «ОТКРЫТОЕ НЕБО», «ОБЛАКО» и «НЕ УЧАСТВУЕТ» для определения общего процента облачного покрытия и структуры облачности. 8. The device according to p. 7, characterized in that the control unit for registration and data processing is configured to store digital photos, programmatically process image pixels to obtain information about color coordinates in the RGB color space for each pixel and divide the points of the resulting field into three classes : “OPEN SKY”, “CLOUD”, and “DO NOT PARTICIPATE” to determine the total percentage of cloud coverage and cloud structure.
RU2015118024/28A 2015-05-14 2015-05-14 Device for determining total amount of clouds on basis of direct digital wide-angle images of visible hemisphere of sky RU2589463C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015118024/28A RU2589463C1 (en) 2015-05-14 2015-05-14 Device for determining total amount of clouds on basis of direct digital wide-angle images of visible hemisphere of sky

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015118024/28A RU2589463C1 (en) 2015-05-14 2015-05-14 Device for determining total amount of clouds on basis of direct digital wide-angle images of visible hemisphere of sky

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2589463C1 true RU2589463C1 (en) 2016-07-10

Family

ID=56371190

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015118024/28A RU2589463C1 (en) 2015-05-14 2015-05-14 Device for determining total amount of clouds on basis of direct digital wide-angle images of visible hemisphere of sky

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2589463C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU191582U1 (en) * 2019-03-18 2019-08-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук(ИОА СО РАН) A device for observing the optical state of the sky within the visible hemisphere
CN111598802A (en) * 2020-05-12 2020-08-28 中国科学院合肥物质科学研究院 Foundation all-sky cloud parameter inversion system and method
RU2777493C2 (en) * 2020-12-24 2022-08-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН Method for determination of total cloud score by color digital wide-angle images of visible sky hemisphere based on statistical data processing methods

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8351773B2 (en) * 2007-01-05 2013-01-08 Invensense, Inc. Motion sensing and processing on mobile devices
RU2012108434A (en) * 2012-03-06 2013-09-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук DEVICE FOR DETERMINING THE TOTAL CLOUD CLOUD ON THE BASIS OF DIRECT DIGITAL WIDE ANGLE CLOUD IMAGES
WO2014150166A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-25 International Business Machines Corporation Large-area monitoring using infrared imaging system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8351773B2 (en) * 2007-01-05 2013-01-08 Invensense, Inc. Motion sensing and processing on mobile devices
RU2012108434A (en) * 2012-03-06 2013-09-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук DEVICE FOR DETERMINING THE TOTAL CLOUD CLOUD ON THE BASIS OF DIRECT DIGITAL WIDE ANGLE CLOUD IMAGES
WO2014150166A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-25 International Business Machines Corporation Large-area monitoring using infrared imaging system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
S.V. Zuev, A.A. Tikhomirov "CLOUDINESS MONITORING FOR DATABASE OF LOCAL WEATHER", Twelfth Joint International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics/Atmospheric Physics, edited by G. A. Zherebtsov, G. G. Matvienko, Proc. of SPIE Vol. 6160, 61600U, 2006. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU191582U1 (en) * 2019-03-18 2019-08-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук(ИОА СО РАН) A device for observing the optical state of the sky within the visible hemisphere
CN111598802A (en) * 2020-05-12 2020-08-28 中国科学院合肥物质科学研究院 Foundation all-sky cloud parameter inversion system and method
CN111598802B (en) * 2020-05-12 2023-04-25 中国科学院合肥物质科学研究院 Foundation all-sky cloud parameter inversion system and method
RU2777493C2 (en) * 2020-12-24 2022-08-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН Method for determination of total cloud score by color digital wide-angle images of visible sky hemisphere based on statistical data processing methods

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108702444B (en) Image processing method, unmanned aerial vehicle and system
KR101879332B1 (en) Method for calculating amount of cloud from whole sky image and apparatus thereof
US10356317B2 (en) Wide-scale terrestrial light-field imaging of the sky
JP5276059B2 (en) Image processing apparatus and pseudo-stereoscopic image generation apparatus
US8509476B2 (en) Automated system and method for optical cloud shadow detection over water
Horvath et al. Ground-based full-sky imaging polarimetry of rapidly changing skies and its use for polarimetric cloud detection
JP2007171033A (en) Indirect measuring method and system of leaf area index
KR20130031732A (en) Method for calculating amount of cloud from whole sky image and apparatus thereof
CN103472501A (en) Cloud and aerial total cloud amount detection method and system
US9294682B2 (en) Information processing device, information processing method, and program for light source estimation
KR20180055422A (en) Method and apparatus for quantifying cloud cover by using whole sky image
JP2009282406A (en) Fixed point observation apparatus and fixed point observation method
Graber et al. Land-based infrared imagery for marine mammal detection
KR101969841B1 (en) Whole-sky camera-based a cloud observation system using the precision illumination data
Krinitskiy et al. Adaptive algorithm for cloud cover estimation from all-sky images over the sea
RU2589463C1 (en) Device for determining total amount of clouds on basis of direct digital wide-angle images of visible hemisphere of sky
CN111680659B (en) Relative radiation normalization method for RGB night light images of international space station
US20230368357A1 (en) Visibility measurement device
KR102373278B1 (en) Distortion Method of Total Cloude Cover in Night Time using Ground Based Whole Sky Image Data
Doumit The effect of Neutral Density Filters on drones orthomosaics classifications for land-use mapping
Mandeville et al. Visible Cloud Imager for Autonomous Telescopes
García Ruiz et al. Luminance calibration of a full sky HDR imaging system using sky scanner measurements
Moeller Low-light Camera field evaluation for underwater nighttime operations
WO2021212342A1 (en) Image processing method, camera device, movable platform and storage medium
Syafrijon et al. Design of a Sky Camera-Based Cloud Monitoring Camera at the Agam Space and Atmospheric Observation Station, Bukit Kototabang

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200515