全天空成像儀是白天全天空雲量的持續自動監測儀器，是全自動、全色彩天空成像系統，提供實時處理和顯示白天的天空狀態。
基本介紹
- 中文名：全天空成像儀
- 外文名：total sky imager
- 簡稱：TSI
- 性質：全自動、全色彩天空成像系統
- 定義：白天全天空雲量的持續自動監測儀
- 特徵：持續性觀測
簡介,原理及構造,技術特點,套用,
簡介
全天空成像儀可以實現白天全天空雲量的持續自動監測，時空解析度較高，得到的雲量計算結果更精確。主要由成像部分、太陽跟蹤裝置、環境保護系統三部分組成，成像部分是一款高性能帶魚眼鏡頭的數字成像系統，定時拍攝獲取全天空可見光紅、綠、藍三波段圖像，採樣頻率最短為3秒鐘，太陽跟蹤裝置是專門計算和跟蹤太陽的位置，遮擋太陽直射的入射光，避免較強的太陽直射光破壞成像部分的感光元件，環境保護系統是根據不同的外場環境而設計的溫控系統和防雨雪裝置等。
原理及構造
全天空成像儀主要的部件有：照相機、帶有加熱裝置的半球鏡面、鏡面上方的遮光帶以及下方的電子設備系統。該儀器可以在白天自動進行全天空雲量的持續監測，其工作原理是：通過儀器上方的照相機垂直向下拍攝帶有加熱裝置的半球鏡面，得到當時天空所呈現的圖像，並將拍攝得到的圖像自動存儲到計算機上進行雲量計算和處理。
大氣、雲粒子對可見光具有不同的散射原理：大氣分子對可見光的散射與λ成反比，如果天空為晴空，對藍光波段的散射遠遠大於對紅光波段的散射，因此晴空呈現藍色；而雲粒子對可見光的散射，在不同的波段散射的程度是相當的，因此雲體呈現白色。根據不同的散射原理，可以從圖像信息值（RGB值）中區分雲與藍天。自然界中的可見光都是按照一定的比例混合而得到，任意一種顏色都可以用紅（R）、綠（G）、藍（B）三色混合而成，圖像中的每個像素點均含有RGB三個亮度值，而RGB值在一定程度上反映了紅（中心波段為650nm）、綠（中心波段為570nm）、藍（中心波段為450nm）這三個波段的輻射強度。因此，首先提取圖像中的信息值（RGB值），計算每個像素點的紅藍比值（定義為：R/B），然後設定合理的閾值來判別像元點是否為雲點，這種方法被稱為閾值識別法。
技術特點
（1）可以自動進行全天空雲量的持續性觀測，時空解析度較高，得到的雲量計算結果較人工目測、衛星探測的結果更精確；
（2）採集全天24小時可見光彩色圖像，當日觀測拍攝結束生成當日所有圖像的動畫視頻。
（3）設備採用高精度的太陽自動跟蹤系統，防止太陽直射入射光破壞成像器。
（4）設備採用防雨和監控裝置，可以在戶外工作。
（5）設備的最小採集頻率是3秒/幅圖片。
（6）設備軟體有雲檢測、雲量和能見度數據的估算和處理。
（7）環境密封，長壽命工作。
套用
（1）雲量和當前氣象狀態監測；
（2） 常規航空氣象；
（3） 軍方和航天監測；
（4）遙感和大氣研究；
（5）UV-B監測；
（6）大氣污染防治和研究。
