（1.成都信息工程大学，四川 成都 610225；2.中国气象局 大气探测重点开放实验室，四川 成都 610225）

0引言

nerror="javascript:errorimg.call(this);">

1观测平台

令拍摄次序t=1~36，其中1~9表示相机光轴仰角为0°的图像，10~18表示仰角30°图像……由此可见第t张图像方位角θt仰角φt与t存在如式(1)所示的关系，其中［·］表示向下取整，%表示求余。

nerror="javascript:errorimg.call(this);">

图2相机标定

图像拼接包括配准和融合两个环节。本文图像有确定的空间坐标，能实现图像在空间位置上的镶嵌，从而找到配准点。

其中，L表示物距，P为图像中任意一点在xoz面上的投影，如图3(a)所示，P在x轴上的坐标为xP=xE+Δx,P在z轴上的坐标为zP=zE－Δz，而

zp=Lsinφt－(j－a)cosφt(5)

联立式（5）、式（6）解得：

且

x∈［Lcosφt+(1－a)sinφt,Lcosφt+(H－a)sinφt］(7)

yp=－b+i(8)

nerror="javascript:errorimg.call(this);">

当相机光轴θt=0°，φt≠0°时，联立式（6）、式（8）反解j、i得：

同理，当θt=0°、φt=0°时，联立公式（5）、式（8），反解出

探测范围方位角0°~360°，仰角0°~180°，半径0~∞,该范围的物体可投影到以相机为球心，给定值为半径的半球面上。假想景物已从空间投影到了天球面上，相机拍摄将天球物体投影到CCD，因此应采用点光源在球心的球面投影方式［5］。

P点与投影点P′位于同一条直线上，二者的θ和φ相同，而所有投影点的r都等于投影球面半径R，因此P点的投影坐标为P′(θp,φp,R)。

3垂直投影面的拼接

图4全天空云图垂直投影实验结果MATLAB仿真垂直投影结果如图4所示，衔接无误位置准确，但边界亮度跃变，这是相机自动曝光引起的。数字图像以矩阵形式存储，反算下标会取整而产生误差，应尽量减少取整次数，在最后一级投影才对下标取整和图像融合。

结果表明均值融合后图像个体完整，但边界明显，原因是没有考虑权值差异，距离匹配点近的子图贡献权值应更大。以距离比为权值，将距离近的图像在该点的值作为主元素进行融合，称为渐入渐出加权平均融合（后面简称加权融合）［6］。

对60°层进行一次加权融合，仅显示其重叠部分如图7(a)所示，可见重叠部分还有重叠，再次加权融合，结果如图7(b)所示，重叠消失。最后将一级融合后的像元和无重叠像元放入，形成60°层全景如图7(c)所示。

nerror="javascript:errorimg.call(this);">

4等积柱面投影面的拼接

利用柱面坐标与直角坐标的转换公式，以直角坐标为媒介，将球坐标转换为柱面坐标。以柱面底圆的弧长为横轴，z轴为纵轴，沿着0°方位角处的母线将柱面展开成投影平面。重合部位采用加权融合，先同仰角层内融合，再层间融合，60°仰角仍需二次融合。

nerror="javascript:errorimg.call(this);">

5结论

致谢：感谢中国气象局大气探测中心马舒庆研究员、陶法博士等对本课题的支持。

［1］ 高太长，刘磊，赵世军,等.全天空测云技术现状及进展［J］.应用气象学报，2010，21(1):101108.

［3］ 唐烁,缪源.基于Harris角点的图像匹配算法［J］.微型机与应用,2013,32(2):4143.

［5］ 焦健,曾琪明.地图学［M］.北京：北京大学出版社，2005.

［7］ 杨道富,彭明.球面和圆柱面相等对应关系的研究［J］.商丘师范学院学报,2005,21(5):6163.