CN113092368B - 一种基于无人机的红外波段大气透过率测量方法及*** - Google Patents

一种基于无人机的红外波段大气透过率测量方法及*** Download PDF

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CN113092368B CN202110281968.6A CN202110281968A CN113092368B CN 113092368 B CN113092368 B CN 113092368B CN 202110281968 A CN202110281968 A CN 202110281968A CN 113092368 B CN113092368 B CN 113092368B
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Abstract

本发明提供了一种基于无人机的红外波段大气透过率快速测量方法及***，包括：步骤M1：对比实验室无人机红外辐射强度与外场无人机红外辐射强度，提取出外场大气的大气透过率；步骤M2：根据外场大气的大气透过率得到外场大气的衰减系数；步骤M3：基于外场大气的衰减系数根据贝尔定律得到任意距离下的大气透过率。本发明操作简单、对外场采集***要求不高并且可实现水面、沼泽等特殊环境的大气透过率快速测量，将测量的不确定度降低到6％左右。

Description

一种基于无人机的红外波段大气透过率测量方法及***
技术领域
本发明涉及大气透过率测量技术领域，具体地，涉及一种基于无人机的红外波段大气透过率快速测量方法及***。
背景技术
目标红外辐射特性测量、光电制导设备研制、激光测距等涉及到红外辐射在大气中传输时都会考虑大气透过率的影响，大气透过率是考量红外辐射在大气中的衰减性质的重要物理量。在军事领域，红外制导导弹导引头、红外侦察装备等在识别、警戒、搜寻红外目标时都会不可避免地被大气影响，而大气透过率在其中扮演重要角色；在天文领域，涉及到红外观测设备时，也需要考虑大气的影响，大气透过率对目标测量的准确性起到了极其重要的作用；在遥感领域，校正大气影响是非常重要的一环，而常用的描述大气特征物理量还是大气透过率。
当下常用的获取大气透过率的办法有：模拟仿真、软件解算、外场测量。模拟仿真常常采用已有文献中的经验公式进行计算，路远通过实验室内测量的水蒸气与二氧化碳光谱吸收系数结合大气中的含量计算得到大气透过率，韩亮基于实地大气模式借助近地面气温、相对湿度和大气压3个基本参量改进了大气透射率反演方法，这种方法方便快捷，但是其误差略大；现有解算大气透过率的软件非常多，如：LOWTRAN、MODTRAN、FASCODE、CART等，贾光亮通过MODTRAN分析了不同气候条件下各参数对红外大气透过率的影响，这些软件都只能对某些典型地理环境计算其大气透过率，因此使用时存在一定误差。外场测量的方法需要用光电测量设备测量标准光电设备下在外场的辐射特性，台宏达在高精度导轨上设计了多点移动大气透过率测量***来测量大气透过率，这种方法准确度高，但是需要的大气透过率测量仪器结构复杂，测量步骤繁琐，对仪器***及操作人员均有较高的操作和技术要求，同时面对水面、沼泽等特殊外场环境时束手无策。
专利文献CN111366254A(申请号：201811602015.X)公开了一种大气透过率检测方法及装置。本发明的方法包括如下步骤：采用模式计算方法对待测目标进行测量，得到所述待测目标对应的模式大气透过率τR’；根据校正系数Cτ得到所述待测目标对应的校正大气透过率τR*＝τR’×Cτ。所述根据校正系数Cτ得到所述待测目标对应的校正大气透过率τR*之前，包括：根据标准面源黑体对应的实测大气透过率τR0和所述标准面源黑体经所述模式计算方法测量的大气透过率τR0’确定所述校正系数Cτ。本发明的装置包括标准面源黑体、红外测量设备、大气辐射传输计算装置。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于无人机的红外波段大气透过率快速测量方法及***。
根据本发明提供的一种基于无人机的红外波段大气透过率快速测量方法，包括：
步骤M1：对比实验室无人机红外辐射强度与外场无人机红外辐射强度，提取出外场大气的大气透过率；
步骤M2：根据外场大气的大气透过率得到外场大气的衰减系数；
步骤M3：基于外场大气的衰减系数根据贝尔定律得到任意距离下的大气透过率。
优选地，所述步骤M1包括：
步骤M1.1：对无人机与红外热像仪进行时间校准；
步骤M1.2：无人机控制器控制无人机在外场朝着红外热像仪方向直线匀速飞行，同时使用红外热像仪采集无人机的灰度图像；
步骤M1.3：当红外热像仪中看不到无人机时，无人机控制器控制无人机停下，并匀速沿着反方向飞行，直至飞回出发位置；
步骤M1.4：将红外热像仪记录的无人机图像与无人机记录的位置及姿态数据进行时间匹配，得到每一帧图像中无人机相对于热像仪的姿态以及与热像仪的距离；
步骤M1.5：对红外热像仪记录的无人机图像进行目标提取，得到每一帧图像中无人机的成像平均灰度以及无人机背景灰度；
步骤M1.6：根据在外场获得的无人机相对于热像仪的姿态数据，无人机控制器控制无人机在实验室以相同姿态最近距离地朝向红外热像仪，记录每个姿态无人机灰度图像；
步骤M1.7：对灰度图像进行目标提取，得到每个姿态下无人机成像平均灰度；
步骤M1.8：根据每个姿态下实验室近距离与外场不同距离无人机成像平均灰度及每个姿态下无人机的背景灰度，计算不同距离下的外场大气透过率。
优选地，所述步骤M2包括：根据计算得到的不同距离下外场大气透过率，用最小二乘法拟合得到大气透过率对数据与距离的正比例关系，得到衰减系数。
优选地，所述衰减系数包括：
Figure GDA0003805000160000031
其中，β表示衰减系数；n表示大气透过率的测量次数；τri表示距离为ri时的大气透过率；
Figure GDA0003805000160000032
表示所有测量数据中ri的平均值，
Figure GDA0003805000160000033
Figure GDA0003805000160000034
表示所有测量数据中τri的对数平均值
Figure GDA0003805000160000035
优选地，所述步骤M3中任意距离下的大气透过率包括：
τr0＝exp(-βr0) (2)
其中，τr0表示任意距离为r0时的大气透过率；β表示衰减系数。
优选地，所述步骤M1.8包括：
步骤M1.8.1：通过外场与实验室内测量的无人机灰度图像计算无人机的辐射强度：
Figure GDA0003805000160000036
其中，IT为无人机的辐射强度；LTi为实验室内测量的无人机辐射亮度；Leye,Tj为距离r的无人机在热像仪的入瞳辐射亮度；Lair,r为距离r时的大气背景辐射亮度；τr为距离r的大气透过率；S为某姿态下无人机的投影面积；n为实验室内测量时无人机在热像仪中占用像素数；m为距离r时无人机在热像仪中占用像素数；
步骤M1.8.2：实验室内测量的无人机平均辐射亮度；
Figure GDA0003805000160000037
其中，
Figure GDA0003805000160000038
表示某姿态下无人机在实验室内测得的平均灰度；k表示红外热像仪响应度，b表示红外热像仪内部噪声；
步骤M1.8.3：根据无人机在红外热像仪的成像灰度及红外热像仪标定系数计算得到入瞳平均辐射亮度；
Figure GDA0003805000160000041
其中，
Figure GDA0003805000160000042
表示热像仪图像中无人机的成像平均灰度；
步骤M1.8.4：大气背景辐射亮度表示为：
Lair,r＝(kGeye,B+b)·(1-τr) (6)
其中，Geye,B表示热像仪中无人机附近由大气背景辐射亮度产生的背景灰度；
步骤M1.8.5：根据实验室内测量时无人机平均辐射亮度、入瞳平均辐射亮度以及大气背景辐射亮度计算得到距离r的大气透过率；
Figure GDA0003805000160000043
其中，
Figure GDA0003805000160000044
表示热像仪图像中无人机的成像平均灰度，Geye,B表示热像仪图像中无人机附近由大气背景辐射亮度产生的背景灰度，
Figure GDA0003805000160000045
表示某姿态下无人机在实验室测得的平均灰度。
根据本发明提供的一种基于无人机的红外波段大气透过率快速测量***，运用上述所述的基于无人机的红外波段大气透过率快速测量方法实现：
模块S1：对比实验室无人机红外辐射强度与外场无人机红外辐射强度，提取出外场大气的大气透过率；
模块S2：根据外场大气的大气透过率得到外场大气的衰减系数；
模块S3：基于外场大气的衰减系数根据贝尔定律得到任意距离下的大气透过率。
优选地，所述模块S1包括：
模块S1.1：通过外场与实验室内测量的无人机灰度图像计算无人机的辐射强度：
Figure GDA0003805000160000046
其中，IT为无人机的辐射强度；LTi为实验室内测量的无人机辐射亮度；Leye,Tj为距离r的无人机在热像仪的入瞳辐射亮度；Lair,r为距离r时的大气背景辐射亮度；τr为距离r的大气透过率；S为某姿态下无人机的投影面积；n为实验室内测量时无人机在热像仪中占用像素数；m为距离r时无人机在热像仪中占用像素数；
模块S1.2：实验室内测量的无人机平均辐射亮度；
Figure GDA0003805000160000051
其中，
Figure GDA0003805000160000052
表示某姿态下无人机在实验室内测得的平均灰度；k表示红外热像仪响应度，b表示红外热像仪内部噪声；
模块S1.3：根据无人机在红外热像仪的成像灰度及红外热像仪标定系数计算得到入瞳平均辐射亮度；
Figure GDA0003805000160000053
其中，
Figure GDA0003805000160000054
表示热像仪图像中无人机的成像平均灰度；
模块S1.4：大气背景辐射亮度表示为：
Lair,r＝(kGeye,B+b)·(1-τr) (6)
其中，Geye,B表示热像仪中无人机附近由大气背景辐射亮度产生的背景灰度；
模块S1.5：根据实验室内测量时无人机平均辐射亮度、入瞳平均辐射亮度以及大气背景辐射亮度计算得到距离r的大气透过率；
Figure GDA0003805000160000055
其中，
Figure GDA0003805000160000056
表示热像仪图像中无人机的成像平均灰度，Geye,B表示热像仪图像中无人机附近由大气背景辐射亮度产生的背景灰度，
Figure GDA0003805000160000057
表示某姿态下无人机在实验室测得的平均灰度。
优选地，所述模块S2包括：根据计算得到的不同距离下外场大气透过率，用最小二乘法拟合得到大气透过率对数据与距离的正比例关系，得到衰减系数；
所述衰减系数包括：
Figure GDA0003805000160000058
其中，β表示衰减系数；n表示大气透过率的测量次数；τri表示距离为ri时的大气透过率；
Figure GDA0003805000160000059
表示所有测量数据中ri的平均值，
Figure GDA00038050001600000510
Figure GDA00038050001600000511
表示所有测量数据中τri的对数平均值
Figure GDA0003805000160000061
优选地，所述步骤M3中任意距离下的大气透过率包括：
τr0＝exp(-βr0) (2)
其中，τr0表示任意距离为r0时的大气透过率；β表示衰减系数。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、为快速方便地获取外场环境下的较高精度红外波段大气透过率，本发明所述基于无人机的红外波段大气透过率快速测量方法通过对无人机的红外辐射能量以灰度的形式进行采集存储，将其与实验室内无人机相同姿态下的红外辐射能量灰度值进行对比，再去除大气的红外辐射能量灰度值的影响，最后通过计算得到不同距离大气透过率以及外场大气的衰减系数，根据贝尔定律即可得到任意距离下的大气透过率；
2、本发明提出的基于无人机的红外波段大气透过率快速测量方法操作简单，采用无人机这种被动辐射源，对外场采集***要求不高；
3、本发明方法采用无人机，机动性好、工作可靠，可实现水面、沼泽等特殊环境的大气透过率测量；且本方法对无人机控制***要求较低，只需保证飞行正常即可，这样在外场复杂环境下可以简便快速地测量较高精度的红外波段大气透过率；
4、本发明能够快速高效地测量红外波段大气透过率，同时具有较高的可扩展性，通过对红外热像仪3和红外热像仪记录设备4的调整和匹配可以在一个较宽光谱范围内进行测量；同时，将测量的不确定度降低到6％左右。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是基于无人机的红外波段大气透过率快速测量装置；
图2是无人机姿态在机体坐标系的示意图；
图中：1-无人机，2-无人机控制器，3-红外热像仪，4-红外热像仪记录设备，5-电源。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本发明的目的在于解决外场测量时遇到的水面等环境复杂场所、测量步骤繁琐、测量***要求高等问题，考虑到无人机的灵活性、易控性，提出一种基于无人机的红外波段大气透过率快速测量方法，帮助人们更加简单方便地获取较高精度的大气相关性质。
一种基于无人机的红外波段大气透过率快速测量方法，所述方法使用一种基于无人机的红外波段大气透过率快速测量装置，所述装置包括无人机1、无人机控制器2、红外热像仪3、红外热像仪记录设备4、电源5，无人机1在空中飞行，其余均在地面工作；
无人机1在空中飞行，由无人机控制器2控制其飞行方向与速度，红外热像仪3采集无人机1每时刻的灰度图像，由红外热像仪记录设备4记录并存储灰度图像，红外热像仪3与红外热像仪记录设备4由电源5提供电力来源；测量方法主要分为外场测量部分与实验室测量部分两部分。
根据本发明提供的一种基于无人机的红外波段大气透过率快速测量方法，包括：
步骤M1：对比实验室无人机红外辐射强度与外场无人机红外辐射强度，提取出外场大气的大气透过率；
步骤M2：根据外场大气的大气透过率得到外场大气的衰减系数；
步骤M3：基于外场大气的衰减系数根据贝尔定律得到任意距离下的大气透过率。
具体地，所述步骤M1包括：
步骤M1.1：将红外热像仪与红外热像仪记录设备接电源，对无人机与红外热像仪进行时间校准，确保时间统一；
步骤M1.2：无人机控制器控制无人机在外场朝着红外热像仪方向直线匀速飞行，同时使用红外热像仪采集无人机的灰度图像；
步骤M1.3：当红外热像仪中看不到无人机时，无人机控制器控制无人机停下，并缓缓地沿着反方向飞行，直至飞回出发位置；
步骤M1.4：将红外热像仪记录的无人机图像与无人机记录的位置及姿态数据进行时间匹配，得到每一帧图像中无人机相对于热像仪的姿态以及与热像仪的距离；
步骤M1.5：对红外热像仪记录的无人机图像进行目标提取，得到每一帧图像中无人机的成像平均灰度以及无人机背景灰度；
步骤M1.6：根据在外场获得的无人机相对于热像仪的姿态数据，无人机控制器控制无人机在实验室以相同姿态最近距离地朝向红外热像仪，记录每个姿态无人机灰度图像；
步骤M1.7：对灰度图像进行目标提取，得到每个姿态下无人机成像平均灰度；
步骤M1.8：根据每个姿态下实验室近距离与外场不同距离无人机成像平均灰度及每个姿态下无人机的背景灰度，计算不同距离下的外场大气透过率。
具体地，所述无人机具有实施测量自身位置及姿态并记录当前时间的功能。
具体地，所述无人机控制器具有控制无人机飞行速度与飞行方向的功能。
具体地，所述红外热像仪具有采集无人机灰度图像功能，且可探测到5km外的无人机。
具体地，所述红外热像仪记录设备具有记录存储灰度图像与记录当前时间功能。
具体地，所述步骤M2包括：根据计算得到的不同距离下外场大气透过率，用最小二乘法拟合得到大气透过率对数据与距离的正比例关系，得到衰减系数。
具体地，所述衰减系数包括：
Figure GDA0003805000160000081
其中，β表示衰减系数；n表示大气透过率的测量次数；τri表示距离为ri时的大气透过率；
Figure GDA0003805000160000082
表示所有测量数据中ri的平均值，
Figure GDA0003805000160000083
Figure GDA0003805000160000084
表示所有测量数据中τri的对数平均值
Figure GDA0003805000160000085
具体地，所述步骤M3中任意距离下的大气透过率包括：
τr0＝exp(-βr0) (2)
其中，τr0表示任意距离为r0时的大气透过率；β表示衰减系数。
具体地，所述步骤M1.8包括：
步骤M1.8.1：通过外场与实验室内测量的无人机灰度图像计算无人机的辐射强度：
Figure GDA0003805000160000091
其中，IT为无人机的辐射强度；LTi为实验室内测量的无人机辐射亮度；Leye,Tj为距离r的无人机在热像仪的入瞳辐射亮度；Lair,r为距离r时的大气背景辐射亮度；τr为距离r的大气透过率；S为某姿态下无人机的投影面积；n为实验室内测量时无人机在热像仪中占用像素数；m为距离r时无人机在热像仪中占用像素数；
步骤M1.8.2：实验室内测量的无人机平均辐射亮度；
Figure GDA0003805000160000092
其中，
Figure GDA0003805000160000093
表示某姿态下无人机在实验室内测得的平均灰度；k表示红外热像仪响应度，b表示红外热像仪内部噪声；
步骤M1.8.3：根据无人机在红外热像仪的成像灰度及红外热像仪标定系数计算得到入瞳平均辐射亮度；
Figure GDA0003805000160000094
其中，
Figure GDA0003805000160000095
表示热像仪图像中无人机的成像平均灰度；
步骤M1.8.4：大气背景辐射亮度表示为：
Lair,r＝(kGeye,B+b)·(1-τr) (6)
其中，Geye,B表示热像仪中无人机附近由大气背景辐射亮度产生的背景灰度；
步骤M1.8.5：根据实验室内测量时无人机平均辐射亮度、入瞳平均辐射亮度以及大气背景辐射亮度计算得到距离r的大气透过率；
Figure GDA0003805000160000096
其中，
Figure GDA0003805000160000097
表示热像仪图像中无人机的成像平均灰度，Geye,B表示热像仪图像中无人机附近由大气背景辐射亮度产生的背景灰度，
Figure GDA0003805000160000098
表示某姿态下无人机在实验室测得的平均灰度。
根据本发明提供的一种基于无人机的红外波段大气透过率快速测量***，运用上述所述的基于无人机的红外波段大气透过率快速测量方法实现：
模块S1：对比实验室无人机红外辐射强度与外场无人机红外辐射强度，提取出外场大气的大气透过率；
模块S2：根据外场大气的大气透过率得到外场大气的衰减系数；
模块S3：基于外场大气的衰减系数根据贝尔定律得到任意距离下的大气透过率。
具体地，所述模块S2包括：根据计算得到的不同距离下外场大气透过率，用最小二乘法拟合得到大气透过率对数据与距离的正比例关系，得到衰减系数。
具体地，所述衰减系数包括：
Figure GDA0003805000160000101
其中，β表示衰减系数；n表示大气透过率的测量次数；τri表示距离为ri时的大气透过率；
Figure GDA0003805000160000102
表示所有测量数据中ri的平均值，
Figure GDA0003805000160000103
Figure GDA0003805000160000104
表示所有测量数据中τri的对数平均值
Figure GDA0003805000160000105
具体地，所述模块S3中任意距离下的大气透过率包括：
τr0＝exp(-βr0) (2)
其中，τr0表示任意距离为r0时的大气透过率；β表示衰减系数。
具体地，所述模块S1包括：
模块S1.1：通过外场与实验室内测量的无人机灰度图像计算无人机的辐射强度：
Figure GDA0003805000160000106
其中，IT为无人机的辐射强度；LTi为实验室内测量的无人机辐射亮度；Leye,Tj为距离r的无人机在热像仪的入瞳辐射亮度；Lair,r为距离r时的大气背景辐射亮度；τr为距离r的大气透过率；S为某姿态下无人机的投影面积；n为实验室内测量时无人机在热像仪中占用像素数；m为距离r时无人机在热像仪中占用像素数；
模块S1.2：实验室内测量的无人机平均辐射亮度；
Figure GDA0003805000160000107
其中，
Figure GDA0003805000160000108
表示某姿态下无人机在实验室内测得的平均灰度；k表示红外热像仪响应度，b表示红外热像仪内部噪声；
模块S1.3：根据无人机在红外热像仪的成像灰度及红外热像仪标定系数计算得到入瞳平均辐射亮度；
Figure GDA0003805000160000111
其中，
Figure GDA0003805000160000112
表示热像仪图像中无人机的成像平均灰度；
模块S1.4：大气背景辐射亮度表示为：
Lair,r＝(kGeye,B+b)·(1-τr) (6)
其中，Geye,B表示热像仪中无人机附近由大气背景辐射亮度产生的背景灰度；
模块S1.5：根据实验室内测量时无人机平均辐射亮度、入瞳平均辐射亮度以及大气背景辐射亮度计算得到距离r的大气透过率；
Figure GDA0003805000160000113
其中，
Figure GDA0003805000160000114
表示热像仪图像中无人机的成像平均灰度，Geye,B表示热像仪图像中无人机附近由大气背景辐射亮度产生的背景灰度，
Figure GDA0003805000160000115
表示某姿态下无人机在实验室测得的平均灰度。
实施例2
实施例2是实施例1的优选例
根据图1-2所示，本发明提供一种基于无人机的红外波段大气透过率快速测量方法，使用一种基于无人机的红外波段大气透过率快速测量装置，所述装置包括无人机1、无人机控制器2、红外热像仪3、红外热像仪记录设备4、电源5，无人机1在空中飞行，其余均在地面工作。
无人机1在空中飞行，由无人机控制器2控制其飞行方向与速度，红外热像仪3采集无人机1每时刻的灰度图像，由红外热像仪记录设备4记录并存储灰度图像，红外热像仪3与红外热像仪记录设备4由电源5提供电力来源。
所述无人机1具有实施测量自身位置及姿态并记录当前时间的功能；所述红外热像仪3具有采集无人机灰度图像的功能，且可探测到5km外的无人机；所述红外热像仪记录设备4具有记录存储灰度图像与记录当前时间功能。
该测量方法主要分为两部分：外场测量部分、实验室测量部分。
(1)外场测量部分包括以下步骤：
步骤一：将红外热像仪3与红外热像仪记录设备4接电源5，对无人机1与热像仪3进行时间校准，确保时间统一；
步骤二：无人机控制器2控制无人机1由热像仪3处朝着某固定方向由远及近地缓缓飞行，同时使用热像仪3采集无人机1的灰度图像；
步骤三：当热像仪3中看不到无人机1时，无人机控制器2控制无人机1停下，并缓缓地沿着反方向飞行，直到飞回出发位置；
步骤四：将热像仪3记录的无人机图像与无人机1记录的位置及姿态数据进行时间匹配，得到每一帧图像中无人机1相对于热像仪3的姿态与距热像仪3的距离；
步骤五：对热像仪3记录的无人机图像进行目标提取处理，得到每一帧图像中无人机1的成像平均灰度以及无人机1附近的背景灰度。
(2)实验室测量部分包括以下步骤：
步骤一：根据外场获得的无人机1姿态数据，无人机控制器2控制无人机1在实验室以相同姿态最近距离地朝向热像仪3，记录每个姿态无人机1灰度图像；
步骤二：对灰度图像进行目标提取，得到每个姿态下无人机1成像平均灰度。
步骤三：通过每个姿态下实验室内近距离与外场不同距离无人机1成像平均灰度及每个姿态下无人机1附近的背景灰度，计算不同距离下的外场大气透过率。
步骤四：根据已计算得到的不同距离大气透过率，用最小二乘法拟合得到大气透过率对数值与距离的正比例关系，即衰减系数，根据贝尔定律也即得到任意距离下的大气透过率。
本发明提出的一种基于无人机的红外波段大气透过率快速测量方法操作简单，采用无人机这种被动辐射源，对外场采集***要求不高。本发明方法采用无人机，机动性好、工作可靠，可实现水面、沼泽等特殊环境的大气透过率测量；且本方法对无人机控制***要求较低，只需保证飞行正常即可，这样在外场复杂环境下可以简便快速地测量较高精度的红外波段大气透过率。本发明能够快速高效地测量红外波段大气透过率，同时具有较高的可扩展性，通过对红外热像仪3和红外热像仪记录设备4的调整和匹配可以在一个较宽光谱范围内进行测量；同时，将测量的不确定度降低到6％左右。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的***、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的***、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的***、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (5)

1.一种基于无人机的红外波段大气透过率快速测量方法，其特征在于，包括：
步骤M1：对比实验室无人机红外辐射强度与外场无人机红外辐射强度，提取出外场大气的大气透过率；
步骤M2：根据外场大气的大气透过率得到外场大气的衰减系数；
步骤M3：基于外场大气的衰减系数根据贝尔定律得到任意距离下的大气透过率；
所述步骤M1包括：
步骤M1.1：对无人机与红外热像仪进行时间校准；
步骤M1.2：无人机控制器控制无人机在外场朝着红外热像仪方向直线匀速飞行，同时使用红外热像仪采集无人机的灰度图像；
步骤M1.3：当红外热像仪中看不到无人机时，无人机控制器控制无人机停下，并匀速沿着反方向飞行，直至飞回出发位置；
步骤M1.4：将红外热像仪记录的无人机图像与无人机记录的位置及姿态数据进行时间匹配，得到每一帧图像中无人机相对于热像仪的姿态以及与热像仪的距离；
步骤M1.5：对红外热像仪记录的无人机图像进行目标提取，得到每一帧图像中无人机的成像平均灰度以及无人机背景灰度；
步骤M1.6：根据在外场获得的无人机相对于热像仪的姿态数据，无人机控制器控制无人机在实验室以相同姿态最近距离地朝向红外热像仪，记录每个姿态无人机灰度图像；
步骤M1.7：对灰度图像进行目标提取，得到每个姿态下无人机成像平均灰度；
步骤M1.8：根据每个姿态下实验室近距离与外场不同距离无人机成像平均灰度及每个姿态下无人机的背景灰度，计算不同距离下的外场大气透过率；
所述步骤M1.8包括：
步骤M1.8.1：通过外场与实验室内测量的无人机灰度图像计算无人机的辐射强度：
Figure FDA0003805000150000011
其中，IT为无人机的辐射强度；LTi为实验室内测量的无人机辐射亮度；Leye,Tj为距离r的无人机在热像仪的入瞳辐射亮度；Lair,r为距离r时的大气背景辐射亮度；τr为距离r的大气透过率；S为某姿态下无人机的投影面积；n为实验室内测量时无人机在热像仪中占用像素数；m为距离r时无人机在热像仪中占用像素数；
步骤M1.8.2：实验室内测量的无人机平均辐射亮度；
Figure FDA0003805000150000021
其中，
Figure FDA0003805000150000022
表示某姿态下无人机在实验室内测得的平均灰度；k表示红外热像仪响应度，b表示红外热像仪内部噪声；
步骤M1.8.3：根据无人机在红外热像仪的成像灰度及红外热像仪标定系数计算得到入瞳平均辐射亮度；
Figure FDA0003805000150000023
其中，
Figure FDA0003805000150000024
表示热像仪图像中无人机的成像平均灰度；
步骤M1.8.4：大气背景辐射亮度表示为：
Lair,r＝(kGeye,B+b)·(1-τr) (6)
其中，Geye,B表示热像仪中无人机附近由大气背景辐射亮度产生的背景灰度；
步骤M1.8.5：根据实验室内测量时无人机平均辐射亮度、入瞳平均辐射亮度以及大气背景辐射亮度计算得到距离r的大气透过率；
Figure FDA0003805000150000025
其中，
Figure FDA0003805000150000026
表示热像仪图像中无人机的成像平均灰度，Geye,B表示热像仪图像中无人机附近由大气背景辐射亮度产生的背景灰度，
Figure FDA0003805000150000027
表示某姿态下无人机在实验室测得的平均灰度；
所述步骤M2包括：根据计算得到的不同距离下外场大气透过率，用最小二乘法拟合得到大气透过率对数据与距离的正比例关系，得到衰减系数。
2.根据权利要求1所述的基于无人机的红外波段大气透过率快速测量方法，其特征在于，所述衰减系数包括：
Figure FDA0003805000150000028
其中，β表示衰减系数；n表示大气透过率的测量次数；τri表示距离为ri时的大气透过率；
Figure FDA0003805000150000031
表示所有测量数据中ri的平均值，
Figure FDA0003805000150000032
Figure FDA0003805000150000033
表示所有测量数据中τri的对数平均值
Figure FDA0003805000150000034
3.根据权利要求1所述的基于无人机的红外波段大气透过率快速测量方法，其特征在于，所述步骤M3中任意距离下的大气透过率包括：
τr0＝exp(-βr0) (2)
其中，τr0表示任意距离为r0时的大气透过率；β表示衰减系数。
4.一种基于无人机的红外波段大气透过率快速测量***，其特征在于，用于实现权利要求1至3任意一项权利要求所述的基于无人机的红外波段大气透过率快速测量方法：
模块S1：对比实验室无人机红外辐射强度与外场无人机红外辐射强度，提取出外场大气的大气透过率；
模块S2：根据外场大气的大气透过率得到外场大气的衰减系数；
模块S3：基于外场大气的衰减系数根据贝尔定律得到任意距离下的大气透过率；
所述模块S1包括：
模块S1.1：通过外场与实验室内测量的无人机灰度图像计算无人机的辐射强度：
Figure FDA0003805000150000035
其中，IT为无人机的辐射强度；LTi为实验室内测量的无人机辐射亮度；Leye,Tj为距离r的无人机在热像仪的入瞳辐射亮度；Lair,r为距离r时的大气背景辐射亮度；τr为距离r的大气透过率；S为某姿态下无人机的投影面积；n为实验室内测量时无人机在热像仪中占用像素数；m为距离r时无人机在热像仪中占用像素数；
模块S1.2：实验室内测量的无人机平均辐射亮度；
Figure FDA0003805000150000036
其中，
Figure FDA0003805000150000037
表示某姿态下无人机在实验室内测得的平均灰度；k表示红外热像仪响应度，b表示红外热像仪内部噪声；
模块S1.3：根据无人机在红外热像仪的成像灰度及红外热像仪标定系数计算得到入瞳平均辐射亮度；
Figure FDA0003805000150000041
其中，
Figure FDA0003805000150000042
表示热像仪图像中无人机的成像平均灰度；
模块S1.4：大气背景辐射亮度表示为：
Lair,r＝(kGeye,B+b)·(1-τr) (6)
其中，Geye,B表示热像仪中无人机附近由大气背景辐射亮度产生的背景灰度；
模块S1.5：根据实验室内测量时无人机平均辐射亮度、入瞳平均辐射亮度以及大气背景辐射亮度计算得到距离r的大气透过率；
Figure FDA0003805000150000043
其中，
Figure FDA0003805000150000044
表示热像仪图像中无人机的成像平均灰度，Geye,B表示热像仪图像中无人机附近由大气背景辐射亮度产生的背景灰度，
Figure FDA0003805000150000045
表示某姿态下无人机在实验室测得的平均灰度；
所述模块S2包括：根据计算得到的不同距离下外场大气透过率，用最小二乘法拟合得到大气透过率对数据与距离的正比例关系，得到衰减系数；
所述衰减系数包括：
Figure FDA0003805000150000046
其中，β表示衰减系数；n表示大气透过率的测量次数；τri表示距离为ri时的大气透过率；
Figure FDA0003805000150000047
表示所有测量数据中ri的平均值，
Figure FDA0003805000150000048
Figure FDA0003805000150000049
表示所有测量数据中τri的对数平均值
Figure FDA00038050001500000410
5.根据权利要求4所述的基于无人机的红外波段大气透过率快速测量***，其特征在于，所述步骤M3中任意距离下的大气透过率包括：
τr0＝exp(-βr0) (2)
其中，τr0表示任意距离为r0时的大气透过率；β表示衰减系数。
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