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《基于中值滤波和小波变换的天气雷达回波图像处理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第27卷第1期气象科学Vol.27,No.12007年2月SCIENTIAMETEOROLOGICASINICAFeb.,2007基于中值滤波和小波变换的天气雷达回波图像处理12332赵悦陈家华章建军张为程婷(193307部队气象台,沈阳110141)(2江苏省气象局,南京210009)(3解放军理工在学气象学院,南京211101)摘要本文提出了一种中值滤波和小波变换相结合的天气雷达回波图像处理方法,分别从目标回波的视觉角度和统计量的客观角度对处理后图像进行了分析。实验结果表明,本文算法实现了去除回波图像中高斯和脉冲混合噪声的目的,有效的保留
2、了回波图像边缘细节,视觉效果好,层次感较为丰富,处理效果明显优于传统图像处理方法,为自动识别回波种类的研究提供了良好的基础。关键词天气雷达回波中值滤波小波变换图像处理分类号P415.2文献标识码B引言天气雷达是用于观测降水和强对流天气的主要探测工具。在进行强对流天气的警戒和超短时预报中,及时准确地识别强降水回波对实时预警和监测灾害性天气是非常重要的一环。随着现代雷达技术、计算机视觉技术以及现代信号处理理论与技术的不断发展,使自动提取回波特征信息和识别回波种类技术不断成熟。天气雷达数字化回波图像是将雷达输出的对数视频信号经采集、量化分层而得到的
3、。在实际应用中,采用8位的A/D转换器,并对采集结果作积分平滑处理,以消除由于气象目标物的散射抖动而造成的回波图像边沿之模糊不清,根据天气雷达终端软件要求将量化结果(256层)分成若干层进行伪彩色显示。尽管如此处理,在生成和传输回波图像的过程中,常常因为硬件设备因素或各种传输信号以及天体辐射波、地物杂波等噪声源的干扰和影响使得回波图像中仍夹杂着“椒盐”噪声点和高斯白噪声等随机噪声,屏幕上显示出的回波图像轮廓边沿有时杂乱不清,往往不能在视觉识别系统中直接使用,必须在视觉信息处理的早期阶段对原始图像进行灰度校正、增强、噪声过滤等回波图像处理,消除
4、地物杂波等噪声的干扰,使其形成的产品图像反映真实情况,为自动提取回波特征信息和识别回波种类奠定基础。小波变换是近年来兴起的信号处理技术,它具有良好的局部化分析特性和多分辨率分析特性,非常适合于图像处理。本文根据回波图像特征,提出了一种中值滤波和小波变换相结合的回波图像处理方法,即在空域和频域内对回波图像进行处理。1回波图像的中值滤波方法对机器视觉系统来说,所用的图像处理方法并不考虑图像降质原因,只将图像中感兴趣的特征有选择地表现出来,衰减其不需要的特征,故处理后的图像并不需要去逼近原图像,这类图像处理方法统称为图像增强。图像增强技术主要有两种
5、方法:空间域法和变换域法。中值滤波是常用的一种非线性平滑滤波方法。它是一种邻域运算,类似于卷积,但不是加权求和计算。其主要原理是:首先确定一个以某个像素为中心点的邻域,一般为方形邻域;然后将邻域中的各个像素的灰度值进行排序,取其中间值作为中心点像素灰度的收稿日期:2005210218;修改稿日期:2005212223基金项目:本文由国家自然科学基金项目(编号:40175001)资助第一作者简介:赵悦(19792),男(汉),辽宁鞍山,硕士,现在93307部队气象台,主要从事大气探测信息采集与处理应用研究E2mail:amoon79616@ya
6、hoo.com.cn64气象科学27卷新值,这里的邻域通常被称为窗口;当窗口在图像中上下左右进行移动后,利用中值滤波算法可以很好地对图像进行平滑处理。中值滤波的优势在于它能够有效地抑制脉冲椒盐噪声,而且对图像边缘也有较好的保护作用。但它对于图像中的高斯噪声滤波效果不佳,并可能对图像的一些尖角、线等细节产生模糊作用。通过计算和实验可知,随着窗口尺寸的增加,比较次数将快速变大,二维中值滤波器的窗口形状和尺寸对滤波效果的影响很大。本文对回波图采用“田”字形窗口滤波,点数取9。2小波变换在图像处理中的应用边缘是图像的最基本的特征,边缘中包含着有价值的
7、目标边界信息,这些信息可以用于图像分析、目标识别以及图像滤波,因此保持回波图像边缘是非常重要的。由于B2样条小波基底是有限紧支的,并且收敛于Canny算子的m阶基数B2样条小波边界检测算子,连续状态下,三次样条小波是奇对称的,在边界检测综合性能指标上是较佳的。三次B-样条小波是Mallat用三次B2样条函数构造的一套小波滤波器组,其滤波器组定义如下-ωi/2n低通:H(ω)=e[cos(ω/2)]分解-ωi/2高通:G(ω)=-i4esin(ω/2)21+
8、H(ω)
9、(1)低通:H˜(ω)=2重构21-
10、H(ω)
11、高通:G(ω):GŽ(ω)=
12、G(ω)当n=3时,得到三次B-样条小波滤波器组。其相应滤波器归一化系数见表1表1三次B2样条小波滤波器归一化系数Table1ThriceB2splinewavel
