陈氏等一行，1，2
（1.成都信息工程大学，四川 成都 610225；2.气象局 大气探测重点开放实验室，四川 成都 610225）
引言
随着大气探测技术的发展，云观测逐渐实现自动化。本文详细描述了使用监控摄像机进行全天空云图获取与处理的过程，该过程无需额外设备即可得到高清晰度的全天空云图。下面将分别从观测平台、图像在球面上的配准、垂直投影面的拼接以及等积柱面投影面的拼接等方面进行详细介绍。
1. 观测平台
本文所使用的观测平台包括一款型号为HY-900B的云台、一款索尼FCB-EX1010P相机以及一系列图像处理设备。该系统具备固定焦距、高清晰度及长边和宽边视角等功能。拍摄的原始图像如图1所示，拍摄顺序及俯仰角等信息如表1所示。
图像的方位角和仰角与拍摄序号t存在特定关系，具体如式(1)所示。我们采用相机标定技术，以标准网格角点作为匹配点进行多项式拟合，进而应用到整幅图像并对坐标进行双线性插值，以截去无效边缘。
2. 图像在球面上的配准
图像配准是图像处理的关键步骤。本文通过确定图像的空间坐标，实现图像在空间位置上的镶嵌，从而找到配准点。具体过程涉及到的数学公式和几何关系详见后续内容。
其中，对于球面上的配准点，我们采用了特定的算法来计算其在原图中的位置和像素值，以避免投影后图像出现空洞的情况。
3. 垂直投影面的拼接
垂直投影是一种常用的图像拼接方法。本文详细描述了垂直投影的公式及其在全天空云图拼接中的应用。针对子图边缘突变的问题，提出了加权融合的解决方案，并通过实验验证了其有效性。
在加权融合过程中，我们考虑了距离匹配点的距离作为权值，距离近的图像在该点的值作为主元素进行融合。我们还探讨了层间融合的方法，即先进行同仰角层内融合，再进行层间融合。
4. 等积柱面投影面的拼接
等积柱面投影为云量的计算提供了借鉴。本文利用柱面坐标与直角坐标的转换公式，将球坐标转换为柱面坐标，进而实现等积柱面投影面的拼接。在拼接过程中，同样采用了加权融合的方法来解决边界融合的问题。
通过全天空图加权融合实验，我们成功呈现了低仰角图像信息，并保留了云量无失真。顶部图像拉伸产生了空洞，我们采用渐入渐出加权平均插值算法对空洞进行了插值处理。
5. 结论
本文通过空间坐标转换和地图投影方法，实现了全天空云图的拼接。采用渐入渐出加权平均融合算法解决了边界融合的问题。该方法成本低廉，能够保留子图的信息量，解决了低仰角图像信息严重损失的弊端。为识别云状、计算云量提供了参考。
参考文献