[發(fā)明專利]基于深度學(xué)習(xí)的面向南極夜空云圖的云量等級分類方法

在審

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• 申請日: 2021-07-21
• 公開（公告）號: CN113435539A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 湯善江;郭斌;孫超;于策;肖健
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06K9/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 天津市尚儀知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12217
• 代理人: 鄧琳

本申請涉及一種基于深度學(xué)習(xí)的面向南極夜空云圖的云量等級分類方法，包括：預(yù)處理云圖，將符合模型輸入要求的云圖分為訓(xùn)練集和測試集；建立南極夜空云圖識別模型；在南極夜空云圖識別模型中導(dǎo)入訓(xùn)練集的云圖數(shù)據(jù)以調(diào)整南極夜空云圖識別模型的參數(shù)；在南極夜空云圖識別模型中導(dǎo)入測試集的云圖數(shù)據(jù)以驗證分類的正確性。本申請解決了現(xiàn)有技術(shù)中的圖像識別分類方法對夜間的云量圖像識別分類準確率低的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及圖像識別分類技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于深度學(xué)習(xí)的面向南極夜空云圖的云量等級分類方法

背景技術(shù)

對于天文選址，云量是首先需要考慮的因素之一。云量的監(jiān)測方法包括目視觀測、衛(wèi)星探測和地面相機拍攝。裝備有魚眼鏡頭的全天相機拍攝的全天空地基云圖，具有很高的空間和時間分辨率，其分析結(jié)果能夠準確反映當?shù)氐脑屏扛采w與變化特征。因此，云量相機的監(jiān)測方法得到了廣泛的應(yīng)用，如TMT(Thirty Meter Telescope)和LSST(LargeSynoptic Survey Telescope)等項目都積極采用了All-Sky-Camera對候選站點進行云量的監(jiān)測和分析。

針對白天的云量圖像，基于云和大氣對光散射存在差異，可以將藍/紅兩個波段的亮度比作為區(qū)分云和晴空的依據(jù)，采用閾值分割方法即可將云和背景分開并計算云量，但是對于夜間的云量圖像，簡單的閾值分割方法不足以區(qū)分云和夜空。較為粗略的方法是將圖像制作成相應(yīng)的動畫，肉眼判斷云量大小，這種人工方法需要設(shè)置有效的判斷依據(jù)，但人為因素的影響不能忽視。

近年來，基于深度學(xué)習(xí)的圖像分類方法逐漸成熟，依賴大型卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對圖像特征進行提取和抽象，相比基于傳統(tǒng)圖像處理的舊方法在分類精度上得到了很大的提高。該方法的特點是需要積累大量的已標注圖像數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練。

發(fā)明內(nèi)容

本申請的目的在于，提出一種基于深度學(xué)習(xí)的面向南極夜空云圖的云量等級分類方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的圖像識別分類方法對夜間的云量圖像識別分類準確率低的問題。

為了達到上述目的，本申請采用如下技術(shù)方案：

一種基于深度學(xué)習(xí)的面向南極夜空云圖的云量等級分類方法，包括如下步驟：

S1:將南極夜空云圖進行預(yù)處理，得到符合模型輸入要求的云圖；將所述符合模型輸入要求的云圖分為訓(xùn)練集和測試集；

S2:建立用于圖像識別的ResNet50卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)訓(xùn)練模型，修改所述ResNet50卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)訓(xùn)練模型為南極夜空云圖識別模型；

S3:在所述南極夜空云圖識別模型中導(dǎo)入所述訓(xùn)練集的云圖數(shù)據(jù)以調(diào)整南極夜空云圖識別模型的參數(shù)；

S4:在所述南極夜空云圖識別模型中導(dǎo)入所述測試集的云圖數(shù)據(jù)以驗證分類的正確性。

優(yōu)選的，所述步驟S1中對所述南極夜空云圖進行預(yù)處理，得到符合模型輸入要求的云圖；將所述符合模型輸入要求的云圖分為訓(xùn)練集和測試集，包括如下步驟：

S11:將所述南極夜空云圖分為N類并標注，屬于同一類的云圖放在同一個文件夾；

S12:對所述云圖采用如下數(shù)據(jù)處理的方法：

S121：對步驟S11處理后的云圖使用resize函數(shù)做縮放處理，所得圖像大小為224*224*3；

S122：對步驟S121縮放處理后的云圖進行隨機水平翻轉(zhuǎn)操作；

S13：對步驟S12處理后的云圖進行標準化處理，使得網(wǎng)絡(luò)對云圖的動態(tài)變化不敏感，主要操作如(1)式：

其中，I_i詘為圖片的紅綠藍三通道像素值；M為三通道像素值的均值；A_S如(2)式：