卷云图像处理及散射特性分析

论文摘要

本文研究目的是:分析卷云散射辐射对地面探测高空目标的影响。首先从拍摄天空背景云图出发,对收集的云图进行了图像阈值分割处理研究;其次研究了卷云的散射辐射特性。为了准确分析卷云散射辐射特性,收集了大量的卷云图,进行了长时间的地面观测和拍摄高空云图的工作。本文作者和所在的研究小组组装了一套简易的实验仪器;收集了成都地区2006年6月至2007年1月夏季、秋季和冬季的云图数据资料;提出了迭代阈值法与平均亮度法的组合方法,利用此方法分割的云图取得了预期的结果。根据查阅大量的参考文献,本文采用的实验方法建立的云图数据库和组合法分割天空背景云图像,在国内外尚未见报道。采用蒙特卡罗法模拟卷云的多次散射在国内也是一种新方法。本文主要的研究结果如下:1.每天定时、定位拍摄天空背景云图,收集了成都地区2006年6月至2007年1月夏季、秋季和冬季的云图数据。2.对拍摄的卷云图像分析发现:高空卷云的散射辐射使天空背景亮度增强;对可见光波段的云图进行灰度直方图像处理分析表明:云的散射辐射亮度和波长有关系。3.利用直方图显示了有云天空与无云天空辐射亮度变化;对背景差值法、迭代阈值法以及迭代法与平均亮度法的组合方法分割天空背景云图进行性能比较,结果表明:本文提出的迭代法与平均亮度法的组合方法分割的云图效果较好。4.利用LOWTRAN数据库采用的积云、层云和卷云的粒子的模型参数,对云滴谱分布特征进行了模拟;分析了卷云中冰水含量与卷云类型、冰晶尺度和环境温度之间的关系;采用矩阵理论分析冰晶单粒子散射特性,该方法简化了卷云的单次散射计算过程。5.对与云散射辐射相关的光学厚度、透过率等光学特性进行了仿真;利用蒙特卡罗法对卷云的多次散射建模与仿真,计算了卷云的单次散射和多次散射的反照率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外发展动态及其趋势
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 卷云分类与云图像获取
• 2.1 卷云分类
• 2.1.1 毛卷云
• 2.1.2 密卷云
• 2.1.3 钩卷云
• 2.1.4 伪卷云
• 2.2 实验准备
• 2.2.1 实验设备及用途
• 2.2.2 滤光片的选取
• 2.2.3 实验步骤
• 2.3 卷云图像的存取
• 2.4 本章小结
• 第三章 卷云图像分析
• 3.1 云图定位探测
• 3.2 实验结果分析
• 3.3 卷云图像处理
• 3.3.1 灰度图像分析原理
• 3.3.2 图像的灰度直方图分析
• 3.4 可见光波段卷云图像分析
• 3.4.1 可见光波段卷云图像直方图分析
• 3.4.2 可见光波段卷云图像直方图均衡化处理
• 3.5 本章小结
• 第四章 天空背景云图像分割
• 4.1 云对天空背景辐射亮度的影响
• 4.2 图像分割原理
• 4.2.1 可见光图像模型
• 4.2.2 一般阈值提取原理
• 4.3 天空背景云图分割方法
• 4.3.1 背景差值法
• 4.3.2 迭代法与平均灰度法的组合原理
• 4.3.3 几种阈值分割方法的性能分析
• 4.4 小波降噪阈值分割法探讨
• 4.5 本章小结
• 第五章 卷云单次散射特性分析
• 5.1 散射辐射概念
• 5.2 卷云的光学性质
• 5.2.1 冰晶粒子形态结构
• 5.2.2 卷云的微观物理特性
• 5.3 卷云的单次散射模型
• 5.3.1 冰晶单粒子散射的T 矩阵方案
• 5.3.2 卷云单次散射特性计算
• 5.4 卷云单次散射简化模式
• 5.5 本章小结
• 第六章 卷云散射辐射的蒙特卡罗方法模拟
• 6.1 卷云的散射辐射特性
• 6.1.1 卷云散射辐射原理
• 6.1.2 散射辐射与光波长关系
• 6.2 卷云多次散射的蒙特卡罗方法模拟
• 6.2.1 基本概念
• 6.2.2 蒙特卡罗方法模拟多次散射
• 6.2.3 结果分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结和展望
• 7.1 本文工作总结
• 7.2 前景展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文