云图的台风云系分割与特征提取研究

摘要

台风是由热带海洋面上的气旋性扰动发展成的低气压系统，是热带气旋中强度最强的一种。它是严重影响人类生产生活的灾害性天气之一，而且我国又是世界上台风灾害最为严重的国家之一。为了避免台风对人类造成的灾难，对台风的早期预报是具有极大意义的。而且，预报的时间越早，造成的伤害就越小。因此，本文运用数字图像处理的方法，在台风的形成期将台风云系从各种云系中分割出来，并对其进行特征提取及定位。但是，从目前的资料来看，传统的人工预报的方法仍然是预报台风的主要方法，而自动预报形成期台风仍然处于研究和探索阶段。由于台风中心定位的好坏取决于台风云系的分割和特征提取。因此，对台风云系进行分割及特征提取具有很高的研究价值和极其重要的现实意义。 由于风云二号气象卫星具有观测区域大，探测周期短、实时性强的优点，且其传回的图片更加清晰，因此，本文选用风云二号气象卫星拍摄的云图作为客观的资料，以2008年9月发生在台湾省东部的森拉克台风为例，针对形成期台风云系的分割与特征提取进行研究。主要涉及以下几个方面的工作： 1.对原始的云图进行预处理。首先将彩色的图像转换为灰度图像，然后选取一个恰当的阈值，将云图中一部分不属于台风云系的云系滤除，接着提出一种递归中值滤波和数学形态学相结合的方法对云图进行滤波，以消除噪声的干扰。预处理的工作极大地简化了后续的工作。 2.对云图进行分割。根据台风云系具有灰度值相对较高、面积较大、偏心率较小的特征，分别对云图进行灰度阈值法分割、面积分割、偏心率分割，将台风云系从各种云系中分割出来。 3.螺旋云带的提取。首先将台风云系的特征信息恢复，然后采用差值法对台风云系的螺旋云带进行提取，并采用数学形态学的方法对提取出的螺旋云带进行骨架化和剪枝，从而得到螺旋云带的局部螺旋线。 4.根据提取出的局部螺旋线的特征，采用最小二乘的方法对台风中心自动定位。 另外，本文运用MATLAB7.0作为编程工具，采用灰度多值化的方法对云图的台风云系分割与特征提取进行研究。该方法打破了传统的对云图进行二值化的研究方法，克服了二值化方法的局限性。实验证明，本文的算法能够有效地对形成期台风云系进行分割及特征提取，并能很好的对台风中心定位。其研究成果对形成期台风云系的识别、预报及定位等具有一定的贡献。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的背景

1.2本课题研究的国内外现状及意义

1.3本文的主要工作

第二章图像处理相关的理论基础

2.1风云二号气象卫星

2.2数字图象处理

2.2.1基本概念

2.2.2图像的基本类型

2.2.3图像的噪声与去噪的方法

2.2.4连通区域标记

2.3模式识别

2.3.1基本概念

2.3.2图像的分割

2.3.3图像的特征提取

2.4数学形态学

2.4.1基本概念

2.4.2二值形态学

2.4.3灰值形态学

2.4.4骨架

2.5 Matlab图像处理工具箱简介

第三章台风云系的预处理

3.1阈值的初步选择

3.2滤波去噪

3.2.1中值滤波

3.2.2数学形态学滤波

3.2.3本文改进的滤波算法

3.3本文预处理的步骤及仿真

第四章台风云系的分割

4.1台风云系分割的常用方法

4.2灰度阈值法

4.3不同云系的分离

4.4尺度分割法

4.4.1面积分割

4.4.2偏心率分割

4.5本文分割的步骤及仿真

第五章螺旋云带的特征提取

5.1台风云系特征信息的恢复

5.2螺旋云带的提取

5.3螺旋云带骨架化

5.4剪枝

5.5台风的中心定位

5.5.1台风中心定位的常用方法

5.5.2最小二乘定位法

5.6本文特征提取的步骤及仿真

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢