TWI251788B - Automated optical visibility observation system - Google Patents
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1251788 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係、關於-種光學觀測系統，詳言之，係、關於—種 能見度光學觀測系統。 【先前技術】 目前國内外尚無直接觀測能見度之自動觀測設備。大氣 能見度觀測方式目前仍以人工目測為主’係依據預先標= 距離之觀測目標物（例如：建築物、高塔、山嶺等）判斷 能見度。然而，人工目測常因觀測員本身的喜好或視覺2 文度不同，而造成能見度觀測之誤差，因此，其規範性及 客觀性較差。 另外，儀器量測方式（例如：遠距光度計、積分式散光儀） 係量測消光、散光或吸光係數，再依據理論公式推估能見 度。雖然消光、散光及吸光係數與大氣能見度間具有一定 程度之相關性，但仍然受懸浮微粒物化特性及其他環境因 素（如：澄度）之影響而造成誤差；而且’在雨霧天氣也難以 實施正常觀測，並存在多次散射等問題。因此，這種量測 方法的使用目前仍僅限於少數研究部門，難以推廣。 其他儀器量測方式（如：光透程儀、雷射測量儀）則以光 束透過兩固定點間之大氣柱，直接量測大氣柱之透射率， 以此來評估大氣能見度值。這種量測方法要求光束通過足 夠長的大氣柱，測量的可靠性受光源及其他硬體系統穩定 性之影響’只適用於中等以下能見度的觀測，而在雨、霧 等低能見度天氣，又會因水汽吸收等複雜氣候條件影響而
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造成較大誤差 因此，實有，
影像，進行數位影像特徵辨識分析，以判斷能見度。 上述問題。 【發明内容】 本發明之厂 系統，包捂：一光 徵辨識系統。該光 該中央處理系統用 學系統之標的影像 、利用本發明之能見度光學觀測系統在於針對大氣能見度 之觀測方式加以改進，由目測觀測方式提昇為利用該光學 系統以數位影像觀測方式取得影像，再結合中央處理系 統，進行定焦定向自動拍攝控制與資料分類儲存。同時亦 可藉由網際網路以一遠端控制管理系統做控制管理，進行 即時或定時拍照。最後以影像特徵辨識系統進行大氣能見 度 < 特徵辨識，以自動進行大氣能見度之判斷，不受目視 觀測員個人誤差之影響，可有效提昇能見度觀測之準確性 及節省人力。 【實施方式】 請參閱圖1，其顯示本發明自動控制之能見度光學觀測系 統10之示意圖。本發明之能見度光學觀測系統1〇主要包 括·一光學系統11、一中央處理系統12以及一影像特徵辨 識系統13。該光學系統Π用以取得標的之影像。該光學系
O:\91\91671.DOC 1251788 統1丨可為一數位相機，且該光學系統丨丨具有 以將該標的影像傳輸至該中央 制、與視訊傳輸等功能 處理系統12。 孩中央處理系統12用以定焦定向控制該光學系統11之操 作，並接收來自該光學系統u之標的影像。該中央處理系 統12包括一電腦主機121、一顯示器122、一儲存裝置123、 現％監控系統124及一不斷電系統125。該儲存裝置123用 以儲存所接收來自該^學系統11之標的影像。該現場監控 系、”充124具有一圖形化控制介面，用以監控該中央處理系統 12之運作狀怨’包括相片檢視區、系統運作狀態區、系統 叹疋區等。孩現場監控系統124可控制該光學系統1丨自動拍 照或資料儲存等；另可針對不同月份設定開始及結束之自 動拍照時間，並自動分類儲存。 及中央處理系統12對於該標的影像做初步之處理（例 刀力員儲存等）後，將孩標的影像傳送至該影像特徵辨識 系統13。孩影像特徵辨識系統13針對該標的影像，進行影 象特啟辨識刀才斤’以判斷能見度。該影像特徵辨識系统Η 具有-增大對比器131、一訊號轉換器⑴、一雜訊遽除器 、、又理7刀離為134及-特徵辨識器135,用以將該標的 於像進仃影像特徵辨識分析，以判斷能見度。 :發月利用一數位相機定焦定向且自動控制拍攝照 取得標的之影傻，婉气·旦/你& 、 ’、 '··工忒3像特徵辨識系統1 3之數位影傻# 理技術，即可得標準化之照片，再藉由 度處 二值標準化作業程序，建立標的之能見度光強度數=
O:\91\91671.DOC 1251788 曲線，此曲線即可應用於能見度自動觀測判斷之重要依據。 另外纟發明亦採用光強度數位特徵值描述大氣能見度 之情形，由於能見度之觀測係於日間進行，所以天空背景 之光強度數位特徵值應超過標的之光強度數位特徵值，因 此標的與背景間光強度數位特徵值之差值，即可用於能見 度之判斷。 根據上述理論’本發明以—段期間自動拍攝所得之影像 經能見度光強度數位：值標準化作業所得的光強度數位特 徵值與人工觀測標的（例如：―建築物或大樓）之能見度觀測 值，建互能見度光強度數位特徵曲線。就該建築物而言， 能見度光強度數位特徵曲線4Y=aLn(x) + b(Y:能見度觀 測值’ X .光強度數位特徵值；a，b :迴歸係數值），將能 見度推估值與能見度觀測值加以驗證比對，其相關係似 為0.80(參考圖5)。 再參考圖卜本發明之能見度光學觀測系統10另包括-遠 端控制管理系統Η，利用網際網路傳輸控㈣中央處理系 統12及及衫像特徵辨識系統13。藉由網際網路之傳輸進行 連線控制及資料分類儲存。例如，可利用固接寬頻網路（具 上下載512Κ以上《ADSL)傳輸已拍攝之照片圖檀至該遠端 控制管理系統14。 請參考圖2,本發明之能見度光學觀測系統1〇另包括一保 護箱16，用以保護該光學系統11，及控制該光學系統"之 自動升降。該保護箱丨6包括一 又邳◦匕祜頂盍161、一降雨感知器162、 一散熱風扇163、一觀測平aΑ j十ϋ 1 64 自動升降控制裝置
O:\91\91671.DOC !251788 165、一箱體166、一供電系統167及一連桿組168。該觀測 平台164上承置該光學系統丨丨。該降雨感知器162可感測天 候降雨狀況，依天候狀況控制該自動升降控制裝置丨65驅動 孩連桿組168使該頂蓋161自動升降，以進行定點定向觀測 拍攝或保護該光學系統11。 參考圖3a，在不進行觀測拍攝或是天候不佳時，該自動 升降控制裝置165控制使其該頂蓋161不升起，以保護該觀 測平台164上之該光學系統丨丨。參考圖扑，經該遠端控制管 理系統14或該中央處理系統12之控制下，需進行自動觀測 拍攝以取得標的之影像時，該自動升降控制裝置165驅動該 連桿組168以升起該頂蓋16卜使該觀測平台164上之該光學 系統U露出該箱體166之外，以進行定點定向自動觀測拍攝 並取得標的之影像。 由於本發明之能見度光學觀測系統1()通f設置於高樓之 =樓或高處’因此，該保護箱i 6之該箱體i 6 6係以不錄鋼材 質製作，並以高強度防風鋼索加以固$，且具隔熱及散埶 設計。 … 利用本發明之能見度光學觀測系統在於針對大氣能見度 心觀測方式加以改進’自目測觀測方式提昇為利用該光學 系統以數位影像觀測方式取得影像，再結合中央處理系 統’進行定焦定向自動關控制與資料分_存。同時亦 可精由網際網路以一遠端控制管理系統做控制管理，進行 :時或定時拍照。最後以影像特徵辨制統進行大氣能見 又〈分析，以自動進行大氣能見度之判斷，而不受觀測員
O:\91\91671.DOC -10- 1251788 個人誤差之影響，可有效提昇能見度觀測之準確性及節省 人力。 因此’整體而言，本發明具有下列優點： 1 ·可瞭解特定區域内大氣能見度之現況。 2 _可進行大氣能見度自動拍攝、資料分類儲存。 3 ·可利用該影像特徵辨識系統進行能見度判斷。 4·可藉由網際網路以該遠端控制管理系統進行即時或定 時拍照。 5·具有防風、防塵、防雨、散熱及防曬等保護功能。 6·具有自動升降功能，可依天候降雨狀況控制頂蓋之升 降，藉以保護該光學系統等設備及機具。 7·中央處理系統之作業系統參數設定以視窗方式輸入， 操作簡便，並可連線設定及查詢其它參數（如：溫度、 相對溼度及電壓狀況等）。 8·不受觀測員個人誤差之影響，可有效提昇能見度觀測 之準確性及節省人力。 惟上述貫施例僅為說明本發明之原理及其功效，而非限 制本發明。因Λ，習於此技術之人士可在不達背本發明之 精神對上述實施例進行修改及變化。本發明之權利範圍應 如後述之申請專利範圍所列。 〜 【圖式簡單說明】 圖1為本發明能見度光學觀測系統之示意圖； 圖2為本發明能見度光學觀測系統之保護箱示意圖； 圖3a及3b為本發明能見度光學觀測系統之保護箱.動作示
O:\91\91671.DOC -11 - 1251788 意圖； 圖4為本發明之光學影像特徵辨識分析結果示意圖；及 圖5為本發明之能見度觀測值與推估值之分析結果示意 圖。 【圖式元件符號說明】 10 本發明之能見度光學觀測系統 11 光學系統 12 中央處理系統 13 影像特徵辨識系統 14 遠端控制管理系統 16 保護箱 121 電腦主機 122 顯示器 123 儲存裝置 124 現場監控系統 125 不斷電系統 131 增大對比器 132 訊號轉換器 133 雜訊滤除器 134 紋理分離器 135 影像特徵辨識器 161 頂蓋 162 降雨感知器 163 散熱風扇 O:\91\91671.DOC -12- 1251788 164 165 166 167 168 觀測平台 自動升降控制裝置 箱體 供電系統 連桿組
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Claims (1)
- _______W---------------------------------------— !s 94 10.1? —----' 3年.月 ^修(<)正本丨 ^——......... - -- 1 - — 1 "_ 〜‘一- 125 1冢8εΒΐ11626號專利申請案 中文申請專利範圍替換本f94年10月） 拾、申請專利範園： 一種自動控制之能見度光學觀測系統，包括： 一光學系統，用以取得標的之影像； :中央處理系、統，用以控制該光學系統之操作，並接 收該光學系統之標的影像； 一影像特徵辨識系統，該影像特徵辨識系統具有一增 大對比器、一訊號轉換器、一雜訊濾除器、一紋理分離 器及一影像特徵辨識器，用以將該標的影像進行影像特 徵辨識分析，以判斷能見度；及 一保護箱，用以保護該光學系統，及控制該光學系統 之自動升降。 '' 2·如申請專利範圍第i項之能見度光學觀測系統，另包括一 遠端控制管理系統，以網際網路傳輸俾控制該中央處玉 系統及該影像特徵辨識系統。 3·如申請專利範圍第丨項之能見度光學觀測系統，其中唁〃 學系統為一數位相機。 4. 5. 如申請專利範圍第1項之能見度光學觀測系 央處理系統，包括一電腦主機、一顯示器 統、一現場監控系統及一儲存裝置。 如申請專利範圍第4項之能見度光學觀測系 場監控系統具有一圖形化控制介面，用以 作狀態。 繞，其中該中 一不斷電系 統，其中該現 監測系統之運 O:\91\91671-941017.doc 1251788 拾壹、圖式： 〇Η 遠端控制 管理系統 Λ f 寸 m 0^1 CNI (N1 (NIC:\WESiDOWS\TEMPORARY internet files\olkeo9o\9167i-fig-amd.doc 1631251788 \ \C:\WINDOWS\TEMPORARY INTERNET FILES\OLKE090\91671-FIG-AMD.DOC 161251788C:\WINDOWS\TEMPORARY INTERNET FILES\OLKE090\91671-FIG-AMD.DOC 161251788圖3b C:\WINDOWS\TEMPORARY γντει^νετ files\olkeo9o\9167i-fig-amd.doc 1251788 R=0.84024 68 10 12 14 16 18 20 大氣能見度(Km) 圖4 20.0 ---------- R=0. 80 16. 0 - 2. 8.0.0 4.0 8.0 12.0 16.0 20.0 能見度觀測值 圖5 C:\WINDOWS\TEMPORARY internet files\olkeo9o\9167i-fig-amd.doc
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