基于航海雷达图像的海面风场反演算法的研究.pdf

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1、《自动化与仪器仪表》2016年第9期(总第203期)基于航海雷达图像的海面风场反演算法的研究吴汉才(江苏海事职业技术学院江苏南京，210070)摘要：现代舰船的航行主要是依靠航海雷达来获取各项参数，近年来，利用航海雷达图像对海表面风矢量信息的反演受到了国内外专家学者的关注。基于此，本文提出了一种基于梯度算法和BP神经网络模型对海面风场进行反演的算法，希望能够为广大读者带来帮助。关键词：航海雷达；风场；梯度算法；BP神经网络模型；反演中图分类号：TPl83文献标识码：ADOI编码：10．14016／j．cnki．1001—9227．2016．09．167Abstract：Mod

2、emsailingshipreliesmainlyonmarineradartoobtaintheparameters，inrecentyears，theuseofm撕neradarimagesoftheoceansudjcewindvectorretrievalofinfbHnationbytheconcemofexpertsandscholarsathomeandabroad．Basedonthis，weproposeagradientalgorithmandBPneuralnetworkmodelbasedonseasurfacewindfieldinversional

3、gorithm，hopingtobringhelptotheI℃aders．Keywords：marinera【dar；昏-adientalgorithm；BPneuralnetworkmodel；windretrievalO引言众所周知，利用传统的测量方法对海表面风矢量信息进行测量，无论是在覆盖面积上还是在精度上都存在着一定的缺陷。现阶段，人们亟需一种先进的技术手段对海面风场的矢量信息进行研究测量，利用航海雷达图像对海面风场进行反演是一种新兴的技术手段，本文就这项新兴的技术手段进行简要的介绍。1航海雷达图像反演海面风场的关键技术1．1数字图像处理技术目前，数字图像处理技术已

4、经在诸多领域得到了广泛的应用，并且伴随着科学技术的进步，该技术受到了越来越多的应用和关注，数字图像处理系统的组成如图1所示。景物光学影像胶片图像数字图像图l数字图像处理系统组成应用数字图像处理技术有三方面的目的：(1)美化图像，收稿日期：2016一03—21作者简介：吴汉才(1959一)，男，汉族，江苏大丰人，本科，副教授，主要研究方向为航海技术、水上交通安全。使图像的呈现效果几品质得到有效的提升；(2)将图像中包含的某些用户需要的信息提取出来，以便为科学研究做准备；(3)压缩、编码以及变换图像的数据，从而实现图像的存储和传输。1．1．1图像特征的表示方法在图像处理过程中，有

5、很多种方法都可以完成对图像特征的求取和表示，其中当前最为常用的方法就是直方图。灰度级的直方图是一种描述图像中灰度值以及出现该种灰度值次数之间关系的图形，其数学表达式为：P(“)={：争(南=o，1，2，⋯，￡一1)(1—1)式中：Ⅳ为图像的总像素数；‰为第k级灰度的像素数；“为第k个灰度级；L为灰度级数；P(k)为第k个灰度级出现的次数。灰度级的直方图具有三个基本特征：(1)无法提供图像的二维信息；(2)灰度级的直方图和图像之间的关系并非是一一对应的；(3)一个图像各部分直方图的总和与整个图像的直方图是相等的。1．1．2图像平滑技术运用图像平滑技术的目的在于对图像中所包含的噪

6、声干扰信号进行处理，对于减少图像中的噪声，本文采用的是邻域平均法。领域平均法指的是将图像空间中每个像素点的值用其。邻域几个像素点的平均值进行替代，在这样处理后进而得到了一个新的图像g(戈，y)，该新图像的定义公式为：g(训)2亩。委。l")(2)式中：s：以(x，y)为重点的领域范围M：集合内点的总个数此外，x，y=O，1，2，⋯，N—l。1．1．3图像锐化技术运用图像锐化技术的目的在于提高图像轮廓和边缘信息的清晰度和突出度，从而得到完整的图像信息特征。由于差分计算具有方向性，而图像的轮廓和边缘的方向是随意的，故．167·基于航海雷达图像的海面风场反演算法的研究吴汉才而，再使

7、用差分计算显然是不合理的。因此，本文采用的是各项同性的锐化算子，本文主要对梯度算子进行介绍。梯度算法实际上属于一种微分方法，该算法的基本原理就是将灰度值突变的点留下，而将灰度值变化较小的点去掉，其中梯度值为二位向量，它与某点相邻像素的灰度差值成正例关系，1．2BP神经网络技术1．2．1BP神经网络模型该模型的构建需要对三方面的内容进行确定，一是确定输入层节点的数量；二是确定隐含层的层数以及每层节点的数量；三是对输出层节点的数量进行确定。三层BP神经网络模型示意图如图2所示。输出屡输出向髓。输^向艇X图2