云辐射图像的分析处理

论文摘要

本文主要以云为研究对象，首先从理论上研究块状云的辐射特性，并得到一些结论；其次将实验与图像处理相结合，找到一套处理云图像的方法，为以后利用实际获取的天空图像研究云的辐射亮度特性作准备。主要研究成果如下：（1）根据块状云的特点，利用Monte-Carlo法和δ-Eddington近似的方法求解了块状云的三维辐射传输方程。利用Monte-Carlo法得到了太阳辐射通过立方体云块后，立方体云块各侧面的向上和向下的辐射情况；利用δ-Eddington的方法，得到了太阳辐射通过孤立云块后，孤立云块的反射率随云的厚度、水平尺寸及太阳天顶角取不同值时块状云顶面平均反射率的变化情况。（2）建立了一套专门获取天空图像的实验系统，利用相机（宾得IstDL型号）和长焦镜头（三星55mm～200mm）每天同样的时间、同样的地点、同样的方位对天空拍摄照片。（3）得到一套处理天空图像（云图像）的方法，对实验获得的天空图像进行数字图像处理，包括变为灰度图、图像压缩、画出图像的灰度直方图、双图灰度比较、求图像相关长度、画出图像的灰度三维图等，利用这些方法，提取图像中的有用信息，为以后研究云的辐射亮度分布规律做准备。（4）利用图像处理结果，提出三种模拟云的方案，分别是相关长度法、灰度叠加法和分形几何法，并根据模拟云过程中所遇到的问题，指出各种方法的优缺点和可行性。（5）在云的相对辐射亮度的基础上，采用分形几何的方法模拟云，并利用分形插值的方法模拟了有云的天空场景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究背景、目的及意义
• 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 云及云辐射的基础知识
• 2.1 基本物理量说明
• 2.2 太阳辐射在大气中的吸收
• 2.3 云的分类及其物理性质
• 2.4 云对天空背景辐射亮度的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 块状云的辐射特性的研究
• 3.1 块状云的研究情况概述
• 3.2 三维辐射传输方程
• 3.3 求解块状云三维辐射传输方程
• 3.3.1 Monte-Carlo的方法
• 3.3.2 δ-Eddington近似的方法求解三维辐射传输方程
• 3.3.2.1 边值问题的求解
• 3.3.3 块状云的反射率透过率
• 3.4 本章小结
• 第四章 云图像的获取
• 4.1 云图像的获取
• 4.2 实验设备介绍
• 4.3 滤光片的选取
• 4.4 镜头的选取
• 4.5 问题分析
• 4.5.1 角度几何效应
• 4.5.2 蓝移效应
• 4.5.3 问题解决方法
• 4.6 实验准备工作
• 4.7 本章小结
• 第五章 云图像的分析处理
• 5.1 图像压缩
• 5.1.1 Huffman编码压缩
• 5.2 彩色图像转变为灰度图像
• 5.3 图像的灰度直方图
• 5.4 双图比较
• 5.4.1 双图的绝对灰度误差和相对灰度误差的比较
• 5.4.2 双图灰度值作差比较
• 5.5 三维灰度分布图
• 5.5.1 OpenGL编码
• 5.5.2 三维灰度图的绘制
• 第六章 云的生成
• 6.1 研究意义及方案选择
• 6.2 方案一:图像相关长度法
• 6.2.1 空间相关长度
• 6.2.2 具体方法
• 6.3 方案二:灰度叠加法
• 第七章 分形几何法模拟云和有云天空场景
• 7.1 分形基本概念的描述
• 7.1.1 什么是分形
• 7.1.2 迭代函数系统IFS
• 7.1.3 分形维数
• 7.2 几何分形法模拟云
• 7.2.1 分形几何法生成云的形状
• 7.2.1.1 Koch曲线
• 7.2.1.2 Koch曲线的递归算法
• 7.3 分形插值算法模拟云的亮度分布和有云天空场景
• 7.3.1 分形插值算法
• 7.3.2 二维空间的分形插值算法生成云
• 7.3.3 二维空间的分形插值算法生成有云天空场景
• 7.4 本章小结
• 第八章 结束语
• 8.1 本文工作总结
• 8.2 工作展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 个人简历