降水自记纸数字化算法研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 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