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《河北科技大学》 2016年
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气象观测站探测环境测评系统的研究与实现

陈艳蕾  
【摘要】:目前气象观测站探测环境测评工作仍采用人工的方法来完成,这种传统的测评方法往往需要耗费大量的人力物力,并且测评结果加入了很多人为的主观因素,导致测评结果不客观。针对这一问题,本课题提出了一种基于全景图像处理的气象观测站探测环境测评方法。该测评方法以数字图像处理技术为基础,采集观测场四周多张相邻区域重叠的图像,通过对多张图像进行全景图像拼接融合、图像预处理、图像信息提取等算法的研究和分析,提取出全景图像中观测场四周最高障碍物的像素点坐标,建立气象观测站探测环境测评模型,在此基础上,利用Microsoft Visual Studio 2010平台设计一套气象观测站探测环境测评系统。论文主要完成了以下内容:1)根据柱面全景图拼接的方式生成气象观测站探测环境全景图,在特征提取时,利用Sift特征点对图像的尺度变化、旋转变化、光照变化保持不变的特点,把Sift算法应用到待拼接图像特征提取上;在特征匹配时,针对RANSAC算法计算复杂且迭代次数较多的缺点,提出一种“基于距离约束”的特征向量匹配法;在图像融合时,采用“渐近渐出”的融合算法,该算法是基于加权平均融合算法的改进。针对生成的全景图进行图像预处理以及图像边缘像素点坐标的提取。2)分析气象观测站探测环境的各项测评指标,根据提取出的边缘像素点坐标和基础数据之间的关系,计算测评指标中观测场四周不符合要求的障碍物遮挡方位以及观测场四周不符合要求的障碍物遮挡面积。3)将气象观测站探测环境测评系统投入到河北省鹿泉气象观测站进行业务试运行,该系统测评结果与人工测评结果基本一致。
【关键词】:气象观测站 探测环境 测评系统 全景图像 像素点坐标
【学位授予单位】:河北科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:P415.12;TP391.41
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-10
  • 第1章 绪论10-14
  • 1.1 课题研究的背景和意义10-11
  • 1.2 国内外研究现状及发展趋势11-12
  • 1.3 课题主要研究内容12
  • 1.4 论文章节安排12-14
  • 第2章 全景图技术简介及理论基础14-24
  • 2.1 全景图的简介14
  • 2.2 全景图分类14-18
  • 2.2.1 柱面全景图14-15
  • 2.2.2 球面全景图15-16
  • 2.2.3 立方体全景图16-18
  • 2.3 摄像机成像几何原理18-21
  • 2.3.1 针孔成像模型与摄像机坐标系18-19
  • 2.3.2 世界坐标系与像平面坐标系19-21
  • 2.4 图像变换模型21-23
  • 2.4.1 相机运动模型21
  • 2.4.2 图像变换模型21-23
  • 2.5 本章小结23-24
  • 第3章 柱面全景图拼接融合24-44
  • 3.1 柱面投影变换25-27
  • 3.2 特征点提取27-34
  • 3.2.1 构建高斯尺度空间提取极值点27-30
  • 3.2.2 精确定位极值点并消除不稳定极值点30-31
  • 3.2.3 为关键点分配方向31-32
  • 3.2.4 关键点特征描述符32-34
  • 3.3 特征点匹配34-39
  • 3.3.1 经典的匹配方法34-37
  • 3.3.2 特征点精确匹配37-39
  • 3.4 图像重叠区域拼接39-42
  • 3.5 拼接图像的融合42-43
  • 3.6 本章小结43-44
  • 第4章 图像信息提取44-56
  • 4.1 滤波处理44-47
  • 4.1.1 线性平滑滤波器45-46
  • 4.1.2 非线性平滑滤波器46-47
  • 4.2 灰度化处理47
  • 4.3 二值化处理47-50
  • 4.3.1 全局阈值法47-49
  • 4.3.2 局部阈值法49-50
  • 4.4 形态学处理50-53
  • 4.4.1 腐蚀运算50-52
  • 4.4.2 膨胀运算52-53
  • 4.5 图像边缘检测53-55
  • 4.5.1 基于査找的边缘检测算法53-54
  • 4.5.2 基于零穿越的边缘检测算法54
  • 4.5.3 Canny边缘检测算法54-55
  • 4.6 边缘像素点坐标提取55
  • 4.7 本章小结55-56
  • 第5章 测评指标及评分方法56-64
  • 5.1 基础测评项56-59
  • 5.2 非基础测评项59-63
  • 5.3 本章小结63-64
  • 第6章 测评系统的总体设计与实现64-74
  • 6.1 系统的体系结构64-65
  • 6.2 系统开发技术65
  • 6.3 系统数据库设计65-67
  • 6.3.1 数据库设计流程65-66
  • 6.3.2 数据库表结构设计66-67
  • 6.4 系统功能模块设计与实现67-73
  • 6.4.1 图像采集模块67-69
  • 6.4.2 图像传输模块69
  • 6.4.3 图像拼接模块69
  • 6.4.4 信息提取模块69-71
  • 6.4.5 测试评估模块71-73
  • 6.5 本章小结73-74
  • 结论74-76
  • 参考文献76-80
  • 攻读硕士学位期间所发表的论文80-82
  • 致谢82

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