CN101894373B - 采用外接矩形的气象传真图像锋线提取方法 - Google Patents

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Abstract

一种采用外接矩形的气象传真图像锋线提取方法，该方法先提取锋线上的三角形，再根据三角形位置和锋线宽度提取锋线。首先根据气象传真图像中三角形区域的宽度将三角形初步提取，进行去除噪声和腐蚀膨胀处理。然后采用Canny算子对每个独立连通区域进行边缘检测，采用霍夫变换检测直线方法提取独立连通区域的边缘直线，分别以每条边缘直线为基准做外接矩形，再计算连通区域的像素面积，若该连通区域的像素面积与各个外接矩形的比值都近似等于0.5，则认定该连通区域为三角形。最后根据气象传真图像中锋线线段部分的宽度和三角形位置提取锋线。本发明方法简单、实现容易，降低了三角形检测的计算复杂性。

Description

采用外接矩形的气象传真图像锋线提取方法
技术领域
本发明涉及一种采用外接矩形的气象传真图像锋线提取方法，用于气象学，计算机视觉和模式识别等应用领域，在气象预报、航海作业、海洋气象、台风分析、目标识别、图像检索等方面都有实际应用价值。属于计算机视觉和气象学领域。
背景技术
面对各种令人堪忧的气象问题，气象传真图已经成为气象预报不可缺少的部分。然而气象传真图里信息繁多，不利于分析及信息的融合。采用图像处理技术可以把气象传真图里锋线、等压线、等高线等重要信息提取出来，以便于分析及与其他信息的融合。研究解决这一课题，将为气象预报提供新的参照工具。
在过去的几十年中，气象传真图像分析已经取得了一些成绩。D.P.Mukherjee等采用模糊c-means分类算法来分割提供气象信息的Sodar传真图像。De, A.K.等提出了一种统一标准的方法让使用者自由地选择大范围的图像处理和模式识别技术，根据最近的SODAR模式边界的几何表示提取远程探测气象信息。Kramer, G.等研究了Walsh和Haar变换编码方法的适宜性来减少黑白气象传真图像的冗余和不相干。Kawakita, H.通过气象卫星传真图像的处理系统来理解风向量海洋表面温度、云高度等气象数据。Youxin Lu等通过计算图像中像素幅值变化的标准偏差σ来评估接收的气象传真图像的质量。Bradley, S.G.等建立了气象卫星图像分析工具进行气象学和大气研究。廖木星等研究讨论了适用于气象传真图预处理中二值化方法和确定阈值的方法。这些研究都没有开展气象传真图像锋线提取的工作。
发明内容
本发明的目的在于解决对气象传真图像中关键信息进行归类贮存的问题，提出一种采用外接矩形的气象传真图像锋线提取方法，该方法先提取锋线上的三角形，再根据三角形位置和锋线宽度提取锋线。为实现这样的目的，本发明的技术方案中，提出了一种新的外接矩形法提取锋线上的三角形，再根据三角形位置和锋线线段部分的宽度提取锋线。首先，根据气象传真图像中三角形区域的宽度大多在七或八个像素的特征，将图像中三角形初步提取，并进行去除噪声和腐蚀膨胀处理。然后采用Canny算子对每个独立连通区域进行边缘检测，采用霍夫变换检测直线方法提取独立连通区域的边缘直线，分别以每条边缘直线为基准做外接矩形，再计算连通区域的像素面积，若该连通区域的像素面积与外接矩形的比值都近似等于0.5，则认定该连通区域为三角形。最后根据气象传真图像中锋线的两个特征（1.锋线线段部分的宽度都在三或四个像素；2. 锋线线段部分和提取的三角形相连）提取等锋线。
本发明的锋线提取方法具体包括以下几个步骤： 
1. 气象传真图像中三角形初步提取
根据气象传真图像中三角形区域的宽度大多在七或八个像素（等高线以及海岸线的宽度大多只有一个像素、锋线直线部分宽度都在三或四个像素）的特征，将图中三角形初步提取，采用中值滤波方法去除噪声和进行腐蚀膨胀处理。
2. 采用外接矩形法提取三角形
采用Canny算子对每个独立连通区域进行边缘检测，采用霍夫变换检测直线方法提取独立连通区域的边缘直线，分别以每条边缘直线为基准做外接矩形，再计算连通区域的像素面积，若该连通区域的像素面积与各个外接矩形的比值都近似等于0.5，则认定该连通区域为三角形。
3. 提取锋线
根据气象传真图像中锋线的两个特征（1.锋线线段部分的宽度都在三或四个像素，2.锋线线段部分和提取的三角形相连）提取锋线。
本发明方法简单，实现容易，只需要外接三个矩形就可以有效地提取三角形。本发明方法适合于各种图像中任意三角形的检测。提取三角形和锋线的方法简单，降低了三角形检测的计算复杂性。
附图说明
图1为气象传真图原图。
图1中，线段上有三角形的粗线段为锋线。
图2为图像中任意一个像素点与周围像素点分布示意图。
图2中，点x为任意一个像素点，点q1,q2,q3,q4,q5,q6,q7,q8为点x周围的八个像素点。
图3为三角形和外接三个矩形示意图。
图3中，A，B，C为三角形的三个顶点，矩形BCDE为以直线BC为基准边求得的外接矩形,矩形ACED为以直线AC为基准边求得的外接矩形,矩形ABDE为以直线AB为基准边求得的外接矩形。
图4为本发明采用外接矩形提取三角形的实验结果。
图4中，各个三角形为经过初步提取和采用外接矩形求出的结果。
图5为本发明提取锋线的实验结果。
图5中，提取的锋线为根据三角形位置和线段宽度求出的结果。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图和实施例作进一步的详细描述。实施例具体针对附图进行锋线提取过程的描述。
1.在图1中按从左往右、从上往下顺序依次取一个像素点x，其周围像素点分布如图2所示，q1,q2,q3,q4,q5,q6,q7,q8表示像素点x周围八个像素点的像素值，黑色点的像素值为0，白色点的像素值为255，若满足                                                
Figure 2010102569767100002DEST_PATH_IMAGE001
和x=0，则像素点x保持为黑色；否则，置为白色。在图1中所有的像素点都处理过后采用中值滤波方法去除噪声和进行腐蚀膨胀处理。
2. 采用Canny算子对每个独立连通区域进行边缘检测，采用霍夫变换检测直线方法提取独立连通区域的边缘直线。
如图3所示，假设独立连通区域ABC的三个顶点A、B、C的坐标分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，以直线BC为基准边，在区域内寻找一点，使得该点到直线BC的距离为最远，求出为点A，求出
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
。过点A做直线BC的平行线，得到外接矩形BCDE，求出矩形BCDE的面积为
Figure DEST_PATH_IMAGE007
。以直线AC为基准边，在区域内寻找一点，使得该点到直线AC的距离为最远，求出为点B，求出
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
。过点A做直线BC的平行线，得到外接矩形ADEC，求出矩形ADEC的面积为
Figure DEST_PATH_IMAGE010
。以直线AB为基准边，在区域内寻找一点，使得该点到直线AB的距离为最远，求出为点C，求出
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，。过点A做直线BC的平行线，得到外接矩形ABDE，求出矩形ABDE的面积为
Figure DEST_PATH_IMAGE013
。
再对连通区域内像素点进行计算求出连通区域的像素面积S，求出
Figure DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
，若
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
都近似等于0.5，则认定该连通区域为三角形。
3. 根据气象传真图像中锋线的两个特征（1.锋线线段部分的宽度都在三或四个像素，2.锋线线段部分和提取的三角形相连）提取锋线。

Claims (1)

1.一种采用外接矩形的气象传真图像锋线提取方法，其特征在于包括如下具体步骤：
1)        根据气象传真图像中三角形区域的宽度在七或八个像素、等高线以及海岸线的宽度只有一个像素、锋线直线部分宽度在三或四个像素的特征，将图中三角形初步提取，进行去除噪声和腐蚀膨胀处理；
2)        采用Canny算子对每个独立连通区域进行边缘检测，采用霍夫变换检测直线方法提取独立连通区域的边缘直线，分别以每条边缘直线为基准做外接矩形，再计算连通区域的像素面积，若该连通区域的像素面积与各个外接矩形的比值都近似等于0.5，则认定该连通区域为三角形；
3)        根据气象传真图像中锋线的两个特征提取锋线，该两个特征为：1.锋线线段部分的宽度在三或四个像素，2.锋线线段部分和提取的三角形相连。
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