[發(fā)明專利]一種基于空間金字塔隨機(jī)映射的地基云圖分類方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310648520.9
• 申請(qǐng)日: 2013-12-06
• 公開（公告）號(hào): CN103605988A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 不公告發(fā)明人
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 康江科技(北京)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G06K9/62
• 分類號(hào): G06K9/62
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于空間金字塔隨機(jī)映射的地基云圖分類方法。

背景技術(shù)

云是大氣中熱力過程和動(dòng)力過程的外部表現(xiàn)，其生成及演變是大氣中發(fā)生的錯(cuò)綜復(fù)雜的物理過程的具體表現(xiàn)之一，不僅反映當(dāng)時(shí)大氣的運(yùn)動(dòng)、穩(wěn)定度和水汽情況等，而且能夠預(yù)示未來一定時(shí)間內(nèi)的天氣變化趨勢(shì)。因此，云的觀測(cè)是氣象觀測(cè)的重要內(nèi)容，準(zhǔn)確地獲取云的信息，對(duì)于天氣預(yù)報(bào)以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)和軍事保障等諸多領(lǐng)域都有十分重要的意義。目前，云層的檢測(cè)主要是通過地基觀測(cè)和衛(wèi)星遙感來完成。其中衛(wèi)星遙感在大尺度云的檢測(cè)取得了很好的成果，但由于其空間分辨率以及對(duì)云底和多層云的下層云的觀測(cè)能力的限制，所以不能滿足大氣科學(xué)研究的需要。而地基云觀測(cè)的范圍較小，反映的是云塊大小、排列方式以及云的高低分布等局地分部信息，彌補(bǔ)了衛(wèi)星觀測(cè)的不足，同時(shí)對(duì)大氣科學(xué)許多研究領(lǐng)域具有重要意義。

在地基云觀測(cè)中，云狀分類是地基云觀測(cè)的主要要素，也是分析云資料時(shí)的重要統(tǒng)計(jì)內(nèi)容。目前，主要通過地面的人工目測(cè)來進(jìn)行云狀分類，即依靠氣象觀測(cè)員主觀判斷當(dāng)前天空云狀類型。然而，目測(cè)云狀類型有很多缺點(diǎn)。首先，云狀分類采用人工目測(cè)方式，每個(gè)地面觀測(cè)站都需要觀測(cè)人員進(jìn)行觀測(cè)，成本較高；其次，人工目測(cè)帶有較大的主觀性，不但容易受到心理、生理、視力、責(zé)任心等方面的影響，還會(huì)受到觀測(cè)人員經(jīng)驗(yàn)和水平的影響。相同的云狀由不同的人觀測(cè)可能會(huì)產(chǎn)生不同的觀測(cè)結(jié)果，即使相同的觀測(cè)員在不同條件下也可能會(huì)給出不同的觀測(cè)結(jié)果。因此實(shí)現(xiàn)云狀的自動(dòng)分類是當(dāng)前的迫切需要。

近年來，隨著硬件技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字圖像處理技術(shù)的不斷完善，很多地基遙感測(cè)云儀器研制成功，從而獲得天空?qǐng)D像，比如國(guó)外的全天空成像儀WSI(whole?sky?imager)、總天空成像儀TSI(total?sky?imager)、紅外云成像儀ICI(infrared?cloud?imager)、全天空數(shù)字相機(jī)等。上述設(shè)備為分析地基云圖提供了硬件支持，使得地基云的自動(dòng)化觀測(cè)成為可能。國(guó)際上云的分類主要以云的基本外形特征和高度特征為依據(jù)，并結(jié)合云的成因發(fā)展和內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，將云狀劃分為3族10屬29類。其中，3族是把云按照高低分為高云、中云和低云三族，每一族云又劃分為幾類形成10屬云，包括積云、積雨云、層積云、層云、雨層云、高層云、高積云、卷云、卷層云和卷積云。對(duì)10屬云可進(jìn)一步劃分為29類。然而此分類方法的可操作性并不強(qiáng)，不僅很難適用于器測(cè)云分類，而且即使具有相當(dāng)水平的觀測(cè)員也很難準(zhǔn)確識(shí)別這29類云。

在云狀自動(dòng)分類的研究方面，國(guó)際上有人對(duì)WSI云圖進(jìn)行了分類，主要考察云圖的紋理特征、位置信息和像元亮度信息來檢測(cè)，紋理特征選擇采用了LAWS紋理分析法；運(yùn)用二元決策樹進(jìn)行高積云、卷云、層云、積云和晴空等5種天空類型的判斷。有人利用云的基本物理信息作為特征將全天空云圖分為10屬。有人對(duì)數(shù)字相機(jī)得到的云圖進(jìn)行分類，對(duì)積云、濃積云、積雨云、天空和其他云類這5種天空類型分類。有人采用德國(guó)吉爾大學(xué)獲得的全天空?qǐng)D像，通過提取云圖的紋理、結(jié)構(gòu)以及統(tǒng)計(jì)特征來對(duì)云圖進(jìn)行分類從而檢測(cè)云圖。也有人通過研究WSIRCMS獲取的紅外云圖，提出了基于結(jié)合模糊紋理光譜和云物理屬性的全天空云類識(shí)別方法。CN101566692A公開了一種利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)中的信息檢測(cè)云層的方法，結(jié)合數(shù)字圖像技術(shù)進(jìn)行云和云影匹配，得到云和云影之間的距離；CN101246545A公開了一種光學(xué)遙感圖像去云的泊松方法，利用圖像選擇器基本底圖圖像及替補(bǔ)圖像，構(gòu)建多級(jí)相似結(jié)構(gòu)，逐級(jí)進(jìn)行云區(qū)像元檢測(cè)，利用泊松去云層處理算法對(duì)圖像進(jìn)行融合處理。以上檢測(cè)方法中均是對(duì)云圖提取簡(jiǎn)單的紋理特征，沒有考慮到地基云圖中的空間信息，顯然不能很好地表示地基云圖中的信息。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是考慮加入地基云圖中的空間信息，提出一種基于分類性能更好的地基云圖分類方法。由于地基云圖包含豐富的紋理信息，同時(shí)地基云圖中包含重要的空間信息。為此，本發(fā)明提供一種基于空間金字塔隨機(jī)映射的地基云圖分類方法，該方法通過應(yīng)用空間金字塔模型可以獲得圖像的空間信息，從而可以更好地表示云圖中的空間信息；同時(shí)本發(fā)明采用隨機(jī)映射對(duì)圖像的局部特征進(jìn)行降維，不僅可以提高地基云圖分類系統(tǒng)的效率，節(jié)省了時(shí)間開銷，還可以避免維數(shù)災(zāi)難。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于空間金字塔隨機(jī)映射的地基云圖分類方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟1，對(duì)于每張訓(xùn)練地基云圖樣本按照稠密采樣的方式提取其局部特征，利用局部圖像的強(qiáng)度值作為圖像的局部特征；