1 天津市气象信息中心, 天津 300074
2 北京市气象探测中心, 北京 100089
3 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
4 中国气象局北京城市气象研究所, 北京 100089
目前,国内外尚没有完全按照能见度定义研制的大气能见度自动观测仪出现。针对这一问题,基于人工观测能见度原理,有效利用CCD数字摄像技术构建了数字摄像能见度自动观测系统(DPVS),研制出一款完全按照能见度定义的新型大气能见度自动观测仪,这为国内外大气能见度的观测提供了一个有效的解决方案。实验结果表明,该系统能够有效观测大气能见度,能见度较低时,该系统对比透射仪器的观测误差在10%左右,而能见度较高时,该系统对比透射仪器的观测误差则在20%左右,且新型自动观测仪的各项指标均符合世界气象组织对能见度仪研制标准的要求。
大气光学 大气观测 自动观测 数字摄像 大气能见度 光学学报
2021, 41(17): 1701001
中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
能见度一般为人眼视觉能够观测目标物的最大估计水平距离。 能见度的观测和预报已经广泛的应用于气象预报、 环境污染分析、 交通运输等各个领域。 现有的能见度观测方法主要分为散射式与透射式。 其中数字摄像式能见度观测方法最贴近能见度定义, 随着数字摄像技术的发展, 加快了数字图像能见度的测量方法的研究与应用。 但在利用数字摄像进行夜间能见度观测量过程中不可避免的受到不同天气背景光、 光源灰度等影响从而造成能见度测量不稳定, 观测结果精度低、 观测范围较小。 已知利用双光源的稳定性可以保证能见度的测量精度, 大多数研究都是通过使用白光源的角度来解决能见度的测量不稳定问题。 本文从准单色光源的角度出发, 通过不同频段光源对能见度的穿透能力不同, 在可见光范围内对不同频段光源的穿透能力进行特性分析。 在已有的双光源基础上, 提出了一种改进的恒温双色光源夜间能见度观测方法, 实现在不同天气状况下, 对能见度的高精度、 大范围观测。 通过设计恒温双光源, 消除了环境温度变化对光强的影响; 恒压恒流模块保证双光源光强一致性; 利用积分球保证光强的均匀性; 根据不同频段光源对能见度的穿透能力不同, 选用双色光源实现高精度、 大范围能见度的有效测量。 在恒温双色光源的能见度观测系统中进行一系列的实验验证, 实验结果表明两个光源的一致性达到0.99, 能见度不好时, 蓝光到达相机的光强弱, 红光的测量结果接近真值; 晴天时夜间能见度良好, 蓝光透射率差值大, 有利于提高信噪比, 双光源为蓝光的标准差36.90, 蓝光的测量结果接近真值。 当观测极限为15 000 m时, 进行1个月的实验观测, 通过与真实值进行比较, 所提出的改进恒温双色光源夜间能见度观测方法能够很好的在能见度观测极限范围内进行准确的测量。
恒温 夜间可见度 两色光源 传输速率 遥感 Constant temperature Nighttime visibility Two-color light sources Transmission rate Remote sensing
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥230031
2 合肥工业大学, 安徽 合肥230009
3 中国气象局北京城市气象研究所, 北京100089
以视觉方法观测能见度为研究核心, 提出了基于双光源图像特征的夜间能见度观测方法, 完成在各种不同天气情况下, 对能见度的大范围、 高精度、 高鲁棒观测。 首先分析多次散射条件下, 光源图像亮度变化与大气消光之间的关系, 得出反演能见度的基本模型, 接着, 研究了准确获取与能见度相关的光源图像特征提取算法, 并提出了一种能消除光源波动的双光源能见度计算方法。 最后, 使用基于双光源图像特征的能见度观测系统在不同气象条件下进行实验, 结果表明, 在采用35 m基线长度, 设定观测上限为15 000 m时, 观测误差均小于20%, 能够满足气象与交通部门的要求。
夜间能见度 消光系数 双光源 视觉方法 光源图像特征 Night visibility Extinction coefficient Dual light sources Vision-based Light source image feature
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥230031
2 合肥工业大学, 安徽 合肥230009
3 中国气象局北京城市气象研究所, 北京100089
提出一种基于双光源方法和曲线演化理论的夜间能见度反演算法。 首先从双光源夜间能见度观测的特点出发, 分析了目标物亮度变化情况与特征演化曲线之间的相互关系。 接着引入水平集方法同时定义多个目标物亮度特征, 建立了水平集函数与能见度反演的关系模型, 并给出了算法的具体表达式。 实验结果表明, 反演算法具有很强鲁棒性, 在2 000～12 000 m观测范围内能见度反演值与标准能见度值的相关性均大于0.98, 可以用于对夜间能见度远距离、 高精度的观测。
夜间能见度 曲线演化 双光源 反演算法 Night visibility Curve evolution Dual light sources Inversion algorithm 光谱学与光谱分析
2014, 34(9): 2351
1 中国科学技术大学物理学院光学与光学工程系, 安徽 合肥 230023
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
浮游植物生长状态监测以叶绿素荧光为基础,利用叶绿素荧光技术可以获得有关光系 统II的大量信息。以蓝藻和绿藻为主要研究对象,采用两个450 nm蓝光LED分别用于激发本底荧光Fo和使样本 处于光适应状态,利用超高亮激光二级管作为饱和脉冲光源获得最大荧光Fm。利用自行搭建的系统测量正常光照 培养和对照组放置于暗室浮游植物样品的光化学反应效率Yield,研究了不同光适应状态下的最大相对 电子传递速率ETRmax、光能利用效率α和光损伤参数β,并记录了完整的荧光诱导曲线和光响应曲 线,实现了浮游植物生长状态的测定。
浮游植物 叶绿素荧光 光合作用 原位监测 phytoplankton chlorophyll fluorescence photosynthesis monitoring in situ
1 中国科学技术大学物理学院光学与光电工程系, 安徽 合肥230023
2 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥230031
根据浮游植物在不同光照下的荧光诱导特性, 研究了叶绿素荧光作为浮游植物光合作用探针的特点, 提出了原位测量活体叶绿素荧光值Ft和Fm获取浮游植物光合作用活性的方法。 以淡水湖泊浮游植物中的普通小球藻、 铜绿微囊藻和梅尼小环藻为实验对象, 将原位测量方法得到的数据和实验室水样荧光仪的测试结果进行对比分析, 结果表明: 普通小球藻、 梅尼小环藻和铜绿微囊藻的两组测试结果之间的相关系数分别为0.977 8, 0.867 8和0.776 8, 研究为进一步实现水体浮游植物光合作用活性的快速连续原位测量提供了方法。
原位分析 浮游植物 叶绿素a 光合作用 活体荧光 In-situ analysis Phytoplankton Chlorophylla Photosynthesis activity Vivo fluorescence 光谱学与光谱分析
2013, 33(9): 2443
1 中国科学技术大学物理学院光学与光学工程系, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
活体浮游植物的叶绿素荧光发射特性与激发光源的波长和强度密切相关，实验选取普通小球藻和铜绿微囊藻作为测试对象，获取了中心波长为450、525、590、620 nm 4个波段LED激发下的叶绿素荧光诱导特性。研究表明，当对应波段上的激发光强分别低于2.8、4.6、3.8、4.3 μmol/(m2·s)时，荧光诱导曲线始终保持在稳定水平本底荧光(Fo)；分别记录同一信号增益下上述4个波段激发时的Fo和激发光光合有效辐射(PAR)，通过拟合可以得到一个粗略的四点离散激发光谱，并结合对应波长处的吸收率数据分析了波长对荧光发射的影响；对经浓度为0.4 μmol/L的二氯苯基二甲脲(DCMU)处理并由90%的乙醇提取叶绿素后的样品和活体浮游植物样本进行对比分析，获得了有显著差异的荧光诱导曲线。实验结果为浮游植物光合作用活性原位测量提供了理论基础和数据支持。
光谱学 浮游植物 叶绿素a荧光 活体 脉冲振幅调制 测量
中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽合肥?230031
基于数字摄像技术的夜间能见度仪是利用人眼观测原理研制的一种适用于夜间的能见度观测的仪器。通过CCD采集的 光源图像的亮度信息来反演能见度,关键技术在于能够准确分割出目标光源和黑体的图像。介绍了一种基于控制标记 符的分水岭分割的光源图像处理方法。实验验证了该方法具有很好的提取目标光源亮度信息的效果,能达到夜间能见 度观测的要求。与Vaisala FD12前向散射能见度仪的结果进行相关性对比,具有较好的一致性。
图像处理 分水岭分割算法 夜间能见度 image processing watershed segmentation method nighttime visibility
