[發明專利]一種基于圖像處理的降水粒子相態識別方法

有效

• 申請號: 201110192029.0
• 申請日: 2011-07-08
• 公開（公告）號: CN102254191A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 曹治國;段西堯;肖陽;朱磊;熊嶷;張旋;付強;馬舒慶;李肖霞
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06K9/66
• 分類號: G06K9/66
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李佑宏

技術領域

本發明屬于數字圖像識別領域，具體涉及一種基于圖像的降水粒子相態識別方法，用于自動識別降水粒子的相態，進而提取相關的降水信息。

背景技術

降水觀測是天氣現象觀測中的重要組成部分，在國民經濟建設服務中有著重要的作用，如防洪、抗旱、減災、水利工程的設計、工農業生產等，同時對氣候變化特別是季風研究等許多方面有著重要的影響。

在降水觀測中很重要的一點就是實時得到降水粒子的相態、形狀、尺度信息，估測降水強度和降水量，判別降水天氣現象類型，提供準確及時的天氣狀況情報。

降水粒子相態可以分為兩類，一類是液態粒子，如雨滴；一類是固態粒子，如雪花、冰粒等。考慮到實際降水過程中，液態粒子主要為雨滴，固態粒子主要為雪花的情況，本發明僅考慮識別降水粒子相態為雨滴或雪花。

目前國內外識別降水粒子相態的方法是獲取具有雙線偏振功能的雷達探測到的水平反射率因子(Z_H)、垂直反射率因子(Z_V)、差分反射率因子(Z_DR)、線性退偏振比(L_DR)、差傳播相移(Φ_DP)、零滯后互相關系數(ρ_HV(0))等與降水粒子類型、形狀和分布等要素密切相關的參數進行反演分析，推導降水粒子的相態。我國在利用偏振雷達識別降水粒子相態方面的研究工作不多，主要原因是我國偏振雷達技術的發展相對滯后。由于國外不同雷達的測量參數不盡相同，而且識別出的天氣類型與我國的天氣現象有較大的差異，因此這些方法在我國不能完全使用。目前國內關于降水粒子相態識別的研究還不成熟，缺乏實際可應用的用于識別降水粒子相態的系統。

1962年，美籍華人胡貴明首先提出了首先提出7個基于直角坐標系的幾何矩(以下分別用φ_Hu₁、φ_Hu₂、φ_Hu₃、φ_Hu₄、φ_Hu₅、φ_Hu₆和φHu₇表示)，并應用于形狀識別。

Chen提出了利用區域邊界計算區域矩的快速算法(以下分別用φ_Chen₁、φ_Chen₂、φ_Chen₃、φ_Chen₄、φ_Chen₅、φ_Chen₆和φ_Chen₇表示)，該算法通過圖形的邊緣點來計算區域矩。

相對矩指的是利用矩之間的比值去掉與區域有關的面積比例因子，從而使不變矩(以下用R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈、R₉和R₁₀表示)與面積或結構的比例縮放沒有關系，而僅與幾何形狀有關。

二維極坐標傅立葉描述子能夠捕捉形狀的徑向特征和角向特征，可以以一定的精度描述目標的形狀特征，可以對形狀的相似性進行定量的判別，其干擾能力強，通用性高。

特征選擇是模式識別中的重要過程，現有的特征選擇方法有分支定界法、模擬退火算法、遺傳算法、順序前進法、順序后退法等方法。

中國專利文獻201010145822.0公開了一種基于梯度的雨滴識別方法，該方法通過將待識別雨滴圖像及背景圖像分別進行各向異性擴散平滑濾波，結果圖像進行差分操作，獲取差分圖像，再對差分圖像提取邊緣梯度并進行二值化，經過形態學操作處理，即得到雨滴目標檢測結果。

上述公開的方法中，其只能識別出雨滴，沒有對降水粒子相態進行區分，對于其他相態的降水粒子如雪花，也只能識別為雨滴，即該方法存在一定局限性。

發明內容

為克服現有方法中所存在的問題，本發明提供一種基于圖像的降水粒子相態識別方法，能夠自動識別降水圖像中的降水粒子目標的相態并提取相關的粒子信息，提高了降雨天氣現象觀測的自動化程度與精度。

本發明的一種基于圖像處理的降水相態識別方法，包括如下步驟：

(1)圖像獲取步驟，分別從成像設備獲取大小一致的待識別的降水圖像及其所對應的背景圖像；

(2)對獲取的圖像進行降水目標檢測，獲得降水目標檢測結果圖像。