CN110609178A - 闪电通道双摄自动观测***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种闪电通道双摄自动观测***及方法，所述闪电通道双摄自动观测***包括第一拍摄单元、第二拍摄单元和控制组件，控制组件分别与第一拍摄单元和第二拍摄单元电连接，所述第一拍摄单元和第二拍摄单元对准相同方位进行拍摄并将图像传给控制组件，当控制组件根据第一拍摄单元的图像判断发生闪电事件时，控制组件记录发生闪电事件的时间并存储第一拍摄单元和第二拍摄单元拍摄的图像。这种装置的优点在于：能够自动对闪电事件进行观测，记录闪电发生的准确时间；采用双相机观测，在获取高质量的闪电通道图像的同时还能够对闪电的发展过程进行较为精细的观测；结构简单，架设方便。
Description
技术领域
本发明涉及闪电观测，具体而言，涉及一种闪电通道双摄自动观测***及方法。
背景技术
闪电(雷电)是发生于大气中的一种壮观的天气现象，伴随着瞬态大电流、高电压和强电磁辐射，常会引起重大的灾害事故，不仅会造成人员伤亡，也会造成严重的经济损失。据不完全统计，平均每年我国由于雷击导致的人员伤亡超过1300人，雷灾损失超过1百万的事故数就有约50起。随着社会经济的快速发展、现代化水平的提高和信息技术的普及应用，雷电危害的程度、造成的经济损失和社会影响越来越大。
闪电会产生声、光、电、磁等物理信号，由于闪电发生的瞬时性和不确定性，对闪电事件的自动观测通常采用的手段是对电磁信号的采集、分析和处理。对电磁信号的观测是间接观测，需要经过反演、转换等一系列处理，再加上干扰信号的影响，其探测效率和探测精度都有一定的损失。光学观测是对闪电发出的光信号直接观测，能够直观地提供更加准确的闪电通道信息和闪电位置信息，是闪电事件不可忽视的观测要素，但是受限于闪电发生时间和空间的不确定性，观测难度较大。
在一组图像所包含的信息中，可以认为帧率是时间分辨率，像素数量对应二维空间分辨率。帧率、像素数、每个像素的色彩信息共同决定了相机每秒钟产生的数据量。受计算机检测识别计算速度的限制，对于快速变化的闪电实时观测来说，高帧率、高像素数和丰富的色彩信息通常难以兼得。闪电是瞬间发生、快速变化的放电事件，有些闪电持续时间甚至只有几个毫秒。为了保证无遗漏地捕捉到闪电事件，且图像不过曝，闪电光学观测***通常会优先保证时间分辨率，采用拍摄速度较快的高帧率相机，而高帧率一般都对应着低像素、黑白色彩，在一定程度上牺牲了图像质量。
综上所述，需要提供一种闪电通道双摄自动观测***及方法，其能够克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明旨在提供一种闪电通道双摄自动观测***及方法，其能够克服现有技术的缺陷。本发明的目的通过以下技术方案得以实现。
本发明的一个实施方式提供了一种闪电通道双摄自动观测***，所述闪电通道双摄自动观测***包括第一拍摄单元、第二拍摄单元和控制组件，控制组件分别与第一拍摄单元和第二拍摄单元电连接，所述第一拍摄单元和第二拍摄单元对准相同方位进行拍摄并将图像传给控制组件，当控制组件根据第一拍摄单元的图像判断发生闪电事件时，控制组件记录发生闪电事件的时间并存储第一拍摄单元和第二拍摄单元拍摄的图像。
根据本发明的上述一个实施方式提供的闪电通道双摄自动观测***，其中所述第一拍摄单元为黑白相机，第二拍摄单元为彩色相机，第一拍摄单元的拍摄帧率比第二拍摄单元单元的拍摄帧率高，第一拍摄单元的拍摄像素数比第二拍摄单元拍摄像素数低。
根据本发明的上述一个实施方式提供的闪电通道双摄自动观测***，其中所述控制组件包括机箱和处理器，所述处理器设置在箱体内，处理器分别与第一拍摄单元和第二拍摄单元电连接。
根据本发明的上述一个实施方式提供的闪电通道双摄自动观测***，其中所述闪电通道双摄自动观测***还包括第一箱体和第二箱体，第一箱体的一侧设有开口，第一拍摄单元安装在第一箱体内并位于第一箱体的开口处，第二箱体的一侧设有开口，第二拍摄装置安装在第二箱体内并位于第二箱体的开口处。
根据本发明的上述一个实施方式提供的闪电通道双摄自动观测***，其中所述控制组件还包括定位授时天线和定位授时单元，所述定位天线安装在机箱外侧，定位授时单元安装在机箱内，定位天线与定位授时单元电连接，定位授时单元与处理器电连接。
根据本发明的上述一个实施方式提供的闪电通道双摄自动观测***，其中所述定位授时单元对处理器进行授时，定位授时单元的时间精度要求优于1ms。
根据本发明的上述一个实施方式提供的闪电通道双摄自动观测***，其中所述控制组件还包括电源，电源设置于机箱内并与处理器连接。
本发明的一个实施方式提供了一种闪电通道双摄自动观测方法，所述闪电通道双摄自动观测方法包括下列步骤：
步骤1：提供闪电通道双摄自动观测***，所述闪电通道双摄自动观测***包括第一拍摄单元、第二拍摄单元和控制组件，控制组件包括用于缓冲存储图像的缓冲池；
步骤2：第一拍摄单元和第二拍摄单元同时采集图像；
步骤3：控制组件实时连续地将两组拍摄单元采集的图像分别存入缓冲池中；
步骤4：控制单元根据第一拍摄单元采集的图像判断是否存在闪电通道，若“是”，执行步骤5；若“否”，执行步骤2；
步骤5：处理器存储闪电通道出现时第一拍摄单元和第二拍摄单元采集的图像，并同步记录图像相应的曝光开始时间和曝光持续时间。
根据本发明的上述一个实施方式提供的闪电通道双摄自动观测方法，其中所述步骤3控制组件实时连续地将两组拍摄单元采集的图像分别存入缓冲池中，所述缓冲池使用先进先出的存储方式。
根据本发明的上述一个实施方式提供的闪电通道双摄自动观测方法，其中所述步骤5处理器存储闪电通道出现时第一拍摄单元和第二拍摄单元采集的图像时，处理器根据预设的时间条件存储在闪电通道出现之前和之后一段时间内第一拍摄单元和第二拍摄单元采集的图像。
该闪电通道双摄自动观测***及方法的优点在于：能够自动对闪电事件进行观测，记录闪电发生的定位准确时间(ms级)；采用缓冲池技术，能够记录闪电发展的完整过程；采用双相机观测，获取高质量的闪电通道图像同时，还能够对闪电的发展过程进行较为精细的观测；结构简单，架设方便。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1示出了根据本发明一个实施方式的闪电通道双摄自动观测***的示意图；
图2示出了根据本发明一个实施方式的闪电通道双摄自动观测方法的流程图。
具体实施方式
图1-2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
图1示出了根据本发明一个实施方式的闪电通道双摄自动观测***，所述闪电通道双摄自动观测***包括第一拍摄单元1、第二拍摄单元2和控制组件3，控制组件3分别与第一拍摄单元1和第二拍摄单元2电连接，所述第一拍摄单元1和第二拍摄单元2对准相同方位进行拍摄并将图像传给控制组件3，当控制组件3根据第一拍摄单元1的图像判断发生闪电事件时，控制组件3记录发生闪电事件的时间并存储第一拍摄单元1和第二拍摄单元2拍摄的图像。
拍摄单元1用于拍摄数字图像并将所拍摄的图像传送给控制组件3。拍摄单元1直接输出图像的数字信号并通过数据线与控制组件3连接。拍摄单元与控制组件3之间连接的接口采用USB3.0或千兆网口，其中使用USB接口的拍摄单元通过数据线直接供电，使用网口连接的拍摄单元由电源或者使用POE方式供电。
根据本发明的上述一个实施方式提供的闪电通道双摄自动观测***，其中所述第一拍摄单元1为黑白相机，第二拍摄单元2为彩色相机，第一拍摄单元1的拍摄帧率比第二拍摄单元2单元的拍摄帧率高，第一拍摄单元1的拍摄像素数比第二拍摄单元2拍摄像素数低。
本实例采用两台USB3.0接口的工业相机和5mm定焦镜头，第一拍摄单元1为触发相机，第二拍摄单元2为观测相机。相机和计算机通过USB3.0数据线连接，同时解决了相机的供电和数据传输。依据本发明设计原理，两台相机参数不同，触发相机帧率高、像素数低、颜色数少，配置窄带滤光片，以保证检测效率和观测的时间分辨率；观测相机帧率相对较低，但其像素分辨率高，色彩丰富，具有更高的图像质量。在本实例中，触发相机型号为海康威视MV-CA013-21UM黑白相机，帧率达到170fps，像素数为130万，颜色数为8位即256级灰度；观测相机型号为海康威视MV-CA050-20UC彩色相机，帧率30fps，像素数达到500万，并具有24位真彩色，即超过1600万种颜色。两台相机获取的图像具有互补性，黑白相机帧率高，并采用了窄带滤光片，能够捕捉更多闪电发展的变化，有更高的时间分辨率，图像的对比度更高；彩色相机像素分辨率高，色彩空间更丰富，成像质量好，具有更好的二维空间分辨率。
根据本发明的上述一个实施方式提供的闪电通道双摄自动观测***，其中所述控制组件3包括机箱31和处理器32，所述处理器32设置在机箱31内，处理器32分别与第一拍摄单元1和第二拍摄单元2电连接。机箱31可以采用金属材料，也可以采用具有隔热、防水特性的硬质材料制作，形状可以是方形空腔或者圆柱形空腔，本实例采用金属方形空腔。
根据本发明的上述一个实施方式提供的闪电通道双摄自动观测***，其中所述闪电通道双摄自动观测***还包括第一箱体4和第二箱体5，第一箱体4的一侧设有开口，第一拍摄单元1安装在第一箱体4内并位于第一箱体4的开口处，第二箱体5的一侧设有开口，第二拍摄装置2安装在第二箱体5内并位于第二箱体5的开口处。
本实例中两个拍摄单元放置在独立的箱体中，箱体要求保温隔热防潮防尘，开口上装有玻璃窗，拍摄单元的镜头透过玻璃窗对外成像。箱体配以云台或可调节支架，能够调整观测范围。两个拍摄单元可以分开设置，也可以置放在一个箱体中，但为了保证触发的有效性，两个拍摄单元的视野范围需要保持一致。
根据本发明的上述一个实施方式提供的闪电通道双摄自动观测***，其中所述控制组件3还包括定位授时天线33和定位授时单元34，所述定位天线33安装在机箱31外侧，定位授时单元34安装在机箱31内，定位天线33与定位授时单元34电连接，定位授时单元34与处理器32电连接，所述定位天线33和定位授时单元34可采用或适用于GPS全球定位***或北斗定位***。
根据本发明的上述一个实施方式提供的闪电通道双摄自动观测***，其中所述定位授时单元34对处理器32进行授时，定位授时单元34的时间精度要求优于1ms。
根据本发明的上述一个实施方式提供的闪电通道双摄自动观测***，其中所述控制组件3还包括电源35，电源35设置于机箱31内并与处理器32连接。
图2示出了根据本发明一个实施方式的闪电通道双摄自动观测方法，其中所述闪电通道双摄自动观测方法包括下列步骤：
步骤101：提供闪电通道双摄自动观测***，所述闪电通道双摄自动观测***包括第一拍摄单元、第二拍摄单元和控制组件，控制组件包括用于缓冲存储图像的缓冲池；
步骤102：第一拍摄单元和第二拍摄单元同时采集图像；
步骤103：控制组件实时连续地将两组拍摄单元采集的图像分别存入缓冲池中；
步骤104：控制单元根据第一拍摄单元采集的图像判断是否存在闪电通道，若“是”，执行步骤105；若“否”，执行步骤102；
步骤105：处理器存储闪电通道出现时第一拍摄单元和第二拍摄单元采集的图像，并同步记录图像相应的曝光开始时间和曝光持续时间；
步骤106：根据用户操作或其它预设条件判断是否停止观测，若停止则进入结束本次观测过程，若不停止则执行步骤102.
根据本发明的上述一个实施方式提供的闪电通道双摄自动观测方法，其中所述步骤103控制组件实时连续地将两组拍摄单元采集的图像分别存入缓冲池中，所述缓冲池使用先进先出的存储方式。所述先进先出的存储方式包括控制组件将采集的图像及曝光时间暂存入缓冲池，当缓冲池存满时，处理器清除曝光时间最早的图像，以此循环，从而保证最临近一段时间的图像被暂存。
根据本发明的上述一个实施方式提供的闪电通道双摄自动观测方法，其中所述步骤105处理器存储第一拍摄单元和第二拍摄单元采集的闪电图像时，处理器根据预设的缓冲时间长度存储在闪电通道发生之前和之后相应时长内第一拍摄单元和第二拍摄单元采集的图像。所述缓冲时间内采集的图像用于记录闪电强烈放电过程之前的较弱的放电过程，以及可能发生的多次连续强烈放电过程，从而保证能够完整记录闪电的发展过程。
该闪电通道双摄自动观测***及方法的优点在于：能够自动对闪电事件进行观测，记录闪电发生的定位准确时间(ms级)；采用缓冲池技术，能够记录闪电发展的完整过程；采用双相机观测，获取高质量的闪电通道图像同时，还能够对闪电的发展过程进行较为精细的观测；结构简单，架设方便。
当然应意识到，虽然通过本发明的示例已经进行了前面的描述，但是对本发明做出的将对本领域的技术人员显而易见的这样和其他的改进及改变应认为落入如本文提出的本发明宽广范围内。因此，尽管本发明已经参照了优选的实施方式进行描述，但是，其意并不是使具新颖性的设备由此而受到限制，相反，其旨在包括符合上述公开部分、权利要求的广阔范围之内的各种改进和等同修改。
Claims (10)
1.一种闪电通道双摄自动观测***，其特征在于，所述闪电通道双摄自动观测***包括第一拍摄单元、第二拍摄单元和控制组件，控制组件分别与第一拍摄单元和第二拍摄单元电连接，所述第一拍摄单元和第二拍摄单元对准相同方位进行拍摄并将图像传给控制组件，当控制组件根据第一拍摄单元的图像判断发生闪电事件时，控制组件记录发生闪电事件的时间并存储第一拍摄单元和第二拍摄单元拍摄的图像。
2.如权利要求1所述的闪电通道双摄自动观测***，其特征在于，所述第一拍摄单元为黑白相机，第二拍摄单元为彩色相机，第一拍摄单元的拍摄帧率比第二拍摄单元单元的拍摄帧率高，第一拍摄单元的拍摄像素数比第二拍摄单元拍摄像素数低。
3.如权利要求1所述的闪电通道双摄自动观测***，其特征在于，所述控制组件包括机箱和处理器，所述处理器设置在箱体内，处理器分别与第一拍摄单元和第二拍摄单元电连接。
4.如权利要求1所述的闪电通道双摄自动观测***，其特征在于，所述闪电通道双摄自动观测***还包括第一箱体和第二箱体，第一箱体的一侧设有开口，第一拍摄单元安装在第一箱体内并位于第一箱体的开口处，第二箱体的一侧设有开口，第二拍摄装置安装在第二箱体内并位于第二箱体的开口处。
5.如权利要求3所述的闪电通道双摄自动观测***，其特征在于，所述控制组件还包括定位授时天线和定位授时单元，所述定位天线安装在机箱外侧，定位授时单元安装在机箱内，定位天线与定位授时单元电连接，定位授时单元与处理器电连接。
6.如权利要求5所述的闪电通道双摄自动观测***，其特征在于，所述定位授时单元对处理器进行授时，定位授时单元的时间精度要求优于1ms。
7.如权利要求6所述的闪电通道双摄自动观测***，其特征在于，所述控制组件还包括电源，电源设置于机箱内并与处理器连接。
8.一种闪电通道双摄自动观测方法，其特征在于，所述闪电通道双摄自动观测方法包括下列步骤：
步骤1：提供闪电通道双摄自动观测***，所述闪电通道双摄自动观测***包括第一拍摄单元、第二拍摄单元和控制组件，控制组件包括用于缓冲存储图像的缓冲池；
步骤2：第一拍摄单元和第二拍摄单元同时采集图像；
步骤3：控制组件实时连续地将两组拍摄单元采集的图像分别存入缓冲池中；
步骤4：控制单元根据第一拍摄单元采集的图像判断是否存在闪电通道，若“是”，执行步骤5；若“否”，执行步骤2；
步骤5：处理器存储闪电通道出现时第一拍摄单元和第二拍摄单元采集的图像，并同步记录图像相应的曝光开始时间和曝光持续时间。
9.如权利要求8所述的闪电通道双摄自动观测方法，其特征在于，所述缓冲池使用先进先出的存储方式。
10.如权利要求8所述的闪电通道双摄自动观测方法，其特征在于，所述步骤5处理器存储闪电通道出现时第一拍摄单元和第二拍摄单元采集的图像时，处理器根据预设的时间条件存储在闪电通道出现之前和之后一段时间内第一拍摄单元和第二拍摄单元采集的图像及相应的曝光开始时间和曝光持续时间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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