降水自记纸数字化算法研究

摘要

降水自记纸是客观记录降水情况的十分宝贵的气象实测资料之一，是研究我国近代气候及环境不可替代的宝贵财富，也是区域气候变化和全球气候变化研究的基础资料。本文主要是针对降水自记纸资料的数字化问题，提出了一种基于自适应方向滤波的降水曲线跟踪算法。同时，其数字化过程也为风速、气压、温度和湿度等气象自记纸资料的数字化提供了模板。
　　对降水自记纸数字化主要步骤有图像的倾斜校正、坐标线提取、降水曲线的跟踪和提取。首先，由于自记纸图像中存在较长的水平坐标线，本文采用Canny算法对图像进行边缘检测，并通过Radon变换求解图像的旋转角度，进而对自记纸图像进行倾斜校正。其次，根据坐标线之间的排列规则，对自记纸图像进行水平、竖直方向进行投影，利用投影分析方法检测所有水平、竖直坐标线的位置，从而限定降水曲线的图像区域。然后，本文提出一种基于自适应方向滤波的曲线跟踪算法，该算法采用自适应阈值算法对降水自记纸图像进行阈值分割，并通过形态学滤波消除干扰连通体，对二值图像采用方向滤波算法进行增强后，可根据竖直方向的最大值位置提取降水曲线的中心线。最后，采用“四舍六入五成双”的方法进行降水数据判读。该算法能够自适应地处理噪声、墨迹污染、断裂以及铅笔划痕等干扰因素的影响，可以从降水自记纸图像中提取精确的1分钟、10分钟、1小时的降水数据。
　　本文除了对降水自记纸数字化算法的理论进行了细致地分析和比较，还通过MATLAB语言对图像倾斜校正、水平和竖直方向坐标线提取、降水曲线的提取拟合与量化分析等算法进行了仿真实验，与此同时，还对文章中所提出的算法进行了改进。从实验结果的显示和对比来看，证明该算法可以准确地提取自记纸中的降水数据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景与研究意义

1．1．1 课题背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状和发展动态

1．3 论文研究内容及安排

第2章 降水自记纸数字化算法

2．1 引言

2．2 基于灰度积分投影的分段线性插值算法

2．2．1 分段插值的概念

2．2．2 插值节点的选取

2．2．3 基于灰度积分投影的分段线性插值算法的缺点

2．3 基于稀疏像素跟踪的曲线整体矢量化算法

2．3．1 算法概述

2．3．2 基于稀疏像素跟踪的曲线整体矢量化算法的缺点

2．4 基于自适应方向滤波的曲线跟踪算法

2．4．1 算法概述

2．4．2 基于自适应方向滤波的曲线跟踪算法的优点

2．5 本章小结

第3章 降水自记纸图像的倾斜校正

3．1 引言

3．2 降水自记纸图像的灰度化

3．3 降水自记纸图像边缘检测

3．3．1 Roberts算子

3．3．2 Sobel算子

3．3．3 Canny算子

3．4 降水自己纸图像的倾斜校正算法

3．4．1 Hough变换法

3．4．2 Radon变换法

3．4．3 图像插值算法

3．5 降水自记纸图像的倾斜校正

3．6 本章小结

第4章 降水自记纸坐标线检测

4．1 引言

4．2 降水自记纸图像的颜色变换

4．3 降水自记纸图像的投影分析

4．3．1 灰度积分投影法

4．3．2 方差积分投影法

4．4 降水自记纸坐标线检测

4．5 本章小结

第5章 降水曲线的跟踪和提取

5．1 引言

5．2 降水自记纸图像增强

5．3 降水自记纸图像分割

5．3．1 全局阈值算法

5．3．2 局部阈值算法

5．4 降水自记纸图像的数学形态学处理

5．4．1 腐蚀与膨胀

5．4．2 开运算与闭运算

5．5 自适应方向滤波算法

5．6 降水曲线的跟踪和提取过程

5．7 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文