CN108333570A - 雷达回波图片卷积平滑渲染方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种雷达回波图处理方法，包括：S1：获取第一帧雷达回波图和第二帧雷达回波图；S2：利用一卷积核对所述第一帧雷达回波图和第二帧雷达回波图进行卷积处理；S3：判断所述卷积处理的结果，如果在所述第一帧雷达回波图上一个卷积区域的卷积结果小于一阈值且在所述第二帧雷达回波图上对应卷积区域的卷积结果大于所述阈值，将所述第二帧雷达回波图上该卷积区域的中心点的像素值赋值给所述第一帧雷达回波图上该卷积区域的中心点。本发明还提供一种雷达回波图处理装置。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理，具体涉及一种雷达回波图片卷积平滑渲染方法和装置。
背景技术
此前，在一些雷达回波图的渲染算法中，会因为某些时次的雷达回波图数据的缺失，或者因为小块的回波与射线状、带孔的回波，或者因为快速生成、消散的回波，会造成在图像播放的过程中图像跳动闪烁的情况。
在一些现有的应用中，例如为了让用户对当前的全国降水情况有更直观的了解，对雷达回波进行了渲染展示，并叠加到全国地图上。在渲染展示雷达回波的过程中，存在以下问题
单站雷达观测缺失情况
由于单站图获取的时候，存在部分时次缺图，造成某个时次缺少数据，在拼图的时候，会没有该站的回波，连续播放展示效果造成了雷达站跳动闪烁情况较。
现有的渲染方案采用了以下处理方式。
采用将雷达图单站图转化为表示DBZ值的灰度图，再将灰度图按照地理位置进行拼接，拼接完成后，将DBZ值按照色带转换回彩色图像，并按照时间序列逐帧播放，形成播放动画。但这种方案对于上述问题并没有很好的解决，存在播放不连续，雷达回波图展示跳动的情况。
或者在上述方案的基础上，将拼接后的DBZ值，逐个像素在时间维度直接处理。即将连续的多个时次回波，相同位置的回波值进行逐个像素的线性插值运算或一维卷积运算。这种方式能够补充雷达回波缺失的情况，但是无法雷达图实现移动的效果。
现有技术中所列明的技术内容仅代表发明人所掌握的技术，并不理所当然被认为是现有技术而用于评价本发明的新颖性和创造性。
发明内容
本发明涉及一种雷达回波图的平滑渲染优化算法，本发明的目的在于通过此算法，可以将雷达回波图渲染出平滑的动画效果，更加连贯的展现降水发生、发展、消散的过程。
本发明涉及一种雷达回波图处理方法，包括：S1：获取第一帧雷达回波图和第二帧雷达回波图；S2：利用一卷积核对所述第一帧雷达回波图和第二帧雷达回波图进行卷积处理；S3：判断所述卷积处理的结果，如果在所述第一帧雷达回波图上一个卷积区域的卷积结果小于一阈值且在所述第二帧雷达回波图上对应卷积区域的卷积结果大于所述阈值，将所述第二帧雷达回波图上该卷积区域的中心点的像素值赋值给所述第一帧雷达回波图上该卷积区域的中心点。
根据本发明的一个方面，所述第一帧雷达回波图和第二帧雷达回波图是同一雷达站的连续帧的雷达回波图，或是由多个雷达站的雷达回波图拼图而成的连续帧的雷达回波图。
根据本发明的一个方面，所述阈值为0.8。
根据本发明的一个方面，所述雷达回波图处理方法还包括：依次获取一系列雷达回波图中的其它帧，重复所述步骤S1、S2、S3。
根据本发明的一个方面，所述雷达回波图处理方法还包括：从所述一系列雷达回波图中最后一帧雷达回波图开始，反向遍历所述一系列图片帧，重复所述步骤S1、S2、S3，反向修补所有帧的雷达回波图。
根据本发明的一个方面，所述卷积核为3*3的矩阵或15*15的矩阵，每一个元素都为1。
根据本发明的一个方面，所述雷达回波图处理方法还包括：将处理后的所述一系列图片推送到客户端。
本发明还涉及一种雷达回波图处理装置，包括：回波图获取装置，配置成获取或存储第一帧雷达回波图和第二帧雷达回波图；卷积处理装置，配置成利用一卷积核对所述第一帧雷达回波图和第二帧雷达回波图进行卷积处理；和卷积结果判断装置，配置成根据所述卷积处理的结果修改所述第一帧雷达回波图，如果在所述第一帧雷达回波图上一个卷积区域的卷积结果小于一阈值且在所述第二帧雷达回波图上对应卷积区域的卷积结果大于所述阈值，将所述第二帧雷达回波图上该卷积区域的中心点的像素值赋值给所述第一帧雷达回波图上该卷积区域的中心点。
本发明还涉及一种计算机可读存储介质,包括存储于其上的计算机可执行指令，所述可执行指令在被处理器执行时实施如上所述的雷达回波图处理方法的步骤。
本发明还涉及一种气象信息系统，包括：客户端，可配置成接收雷达回波图并连续地向用户展示雷达回波图；服务器，配置成可执行如上所述的雷达回波图处理方法以修补所述雷达回波图，并将修补后的雷达回波图推送到所述客户端以进行展示。
这部分旨在提供对本专利申请的主题的概述。这部分并非旨在提供本发明的排他性的或详尽的说明。本文包括了详细的描述，以提供关于本专利申请的进一步信息。
附图说明
在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。附图通过示例而非限制的方式概括地图解了本申请中讨论的各个实施例。这些附图不一定是按照比例绘制的。
图1示出了根据本发明第一实施例的雷达回波图处理方法的流程图；
图2示出了根据本发明第二实施例的雷达回波图处理装置的示意图；
图3是依照本发明的至少一些实施例布置的计算机程序产品的框图；和
图4示出了根据本发明另一个实施例的一种气象信息系统。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"第一"、"第二"、"第三"、"第四"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"、"第三"、"第四"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。另外，术语“S1”、“S2”、“S3”、“S4”仅用于描述目的，而不能理解为先后顺序，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况任意安排它们之间的顺序。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
为了克服上述的雷达回波图渲染中存在的问题中的一个或多个，本发明提供一种新型雷达图渲染平滑的方法，对雷达图进行平滑，且应用到了手机客户端的展示中，取得了较好的展示效果。
以下参考附图详细描述本发明。
图1示出了根据本发明第一实施例的雷达回波图处理方法100的流程图。
在步骤S1，获取第一帧雷达回波图和第二帧雷达回波图。所述第一帧和第二帧雷达回波图例如是连续的两帧雷达回波图，或是由多个雷达站的雷达回波图拼图而成的连续帧的雷达回波图，例如连续两帧的全国雷达回波图。
在步骤S2，利用一卷积核对所述第一帧雷达回波图和第二帧雷达回波图进行卷积处理。以第一帧雷达回波图为例，对该第一帧雷达回波图进行二维卷积运算，卷积核例如为3乘3的矩阵，或者是15乘15的矩阵，矩阵的每个元素例如为1/矩阵阶数的平方。以3乘3的矩阵为例，每个元素例如均为1/9。以15乘15的矩阵为例，每个元素例如均为1/225。卷积结果是对卷积核所覆盖的区域上回波强度的一个平均值。以3乘3的矩阵的卷积核为例，如果9个格子中都没有回波，则卷积结果为0，如果只有1个有回波，则卷积结果为1/9，如都有回波，则卷积结果为1。
在步骤S3，判断所述卷积处理的结果，如果在所述第一帧雷达回波图上一个卷积区域的卷积结果小于一阈值且在所述第二帧雷达回波图上对应卷积区域的卷积结果大于所述阈值，将所述第二帧雷达回波图上该卷积区域的中心点的像素值赋值给所述第一帧雷达回波图上该卷积区域的中心点。
根据本发明的一个实施例，所述阈值可以是0.8。
根据本发明的一个实施例，在步骤S2中，利用该卷积核，在第一帧雷达回波图上连续的滚动进行计算，在每一个位置上计算出一个卷积结果(当然，以3乘3矩阵的卷积核为例，在雷达回波图最外侧一圈的像素点上没有卷及结果)，形成第一帧雷达回波图的卷积结果矩阵。同样的，对第二帧雷达回波图进行卷积处理，获得第二帧雷达回波图的卷积结果矩阵。
然后，在步骤S3中，对所述第一帧雷达回波图的卷积结果矩阵和第二帧雷达回波图的卷积结果矩阵进行判断。如果所述第一帧雷达回波图的卷积结果矩阵中的一个元素小于该阈值(例如0.8)且第二帧雷达回波图的卷积结果矩阵中相对应的元素大于该阈值，那么将该元素所对应的第二帧雷达回波图上的对应卷积区域的中心点的像素赋值给第一帧雷达回波图上该卷积区域的中心点。
雷达回波图上每一个点都具有一个DBZ强度值。回波图上该点的颜色与该DBZ强度值具有对应关系。卷积算法会滑过整幅图片。以下以一个像素的处理方法为例进行说明。假设在第一帧雷达回波图上该像素的颜色值或DBZ强度值例如为0，并且与其直接相邻的像素的颜色值或DBZ强度值同样为0，即(加粗的0标识该像素的颜色值，其余的0表示该像素的相邻像素)，假设第二帧雷达回波图上对应位置的九个像素的矩阵为并且以3乘3矩阵的卷积核(每个元素都为1)为例利用该卷积核对第一帧雷达回波图上的该像素进行处理，卷积结果为0，计算过程为
并且利用该卷积核对该第二帧雷达回波图上对应的像素进行处理，卷积结果为1，计算过程为 以阈值为0.8为例，第一帧雷达回波图上该像素的卷积结果为0，小于该阈值，而第二帧雷达回波图上对应像素的卷积结果为16，大于该阈值，满足条件。因此将第二帧雷达回波图上该像素赋值给第一帧雷达回波图上对应的像素，即第一帧雷达回波图上该像素的颜色值或者DBZ强度值从0变为24。
以上是以一个像素的处理为例进行说明的，临近的像素也是采用这种方法来赋值的。
通过这种方式，可以利用第二帧雷达回波图来对第一帧雷达回波图进行修补。类似的，可以依次遍历所有的雷达回波图，通过第三帧雷达回波图来对第二帧雷达回波图进行修补，通过第四帧雷达回波图来对第二帧雷达回波图进行修补，以此类推，直到通过最后一帧雷达回波图对倒数第二帧雷达回波图进行修补。
根据本发明的方法修补后的雷达回波图在播放时，可以获得更加连贯的动态展示效果。
根据本发明的一个优选实施例，为了得到更好的平滑效果，再反向重复上述的修补操作。具体来说，通过上述方法，利用倒数第二帧雷达回波图来修补最后一帧雷达回波图，直到完成利用第一帧雷达回波图来修补第二帧雷达回波图。这样反向修补后的雷达回波图，其连贯性更好。
根据本发明的一个实施例，所述雷达回波图处理方法100还包括将处理后的一系列雷达回波图推送给客户端。客户端在接收到一系列帧的雷达回波图之后，可以进行动态展示。由于雷达回波图是经过修补处理的，因此客户端在进行动态展示时，播放连贯性较好。
经过本发明平滑处理过后的效果，可以达到播放的连贯性，有效的避免了雷达回波在做动态展示存在的问题。
现有技术，由于在时间维度，做了逐个像素的插值或卷积，可以实现填补雷达回波图。但是由于是只在时间维度进行了修补，无法实现雷达回波图播放时平滑移动的效果。本发明的其中一些实施例的优势在于，借助二维卷积，修补雷达回波图，并进行回波图修补渲染，可以很好的实现边界移动的效果。
卷积算法的平滑渲染方案，本质是通过判断边界移动，对雷达回波图的缺失进行修补，同时平滑边界移动效果。
本发明还涉及一种雷达回波图处理装置200，如图2所示，所述雷达回波图处理装置200包括：
回波图获取单元201，配置成获取或存储第一帧雷达回波图和第二帧雷达回波图；
卷积处理单元203，配置成利用一卷积核对所述第一帧雷达回波图和第二帧雷达回波图进行卷积处理；和
回波图修补单元205，配置成根据所述卷积处理的结果修改所述第一帧雷达回波图，如果在所述第一帧雷达回波图上一个卷积区域的卷积结果小于一阈值且在所述第二帧雷达回波图上对应卷积区域的卷积结果大于所述阈值，将所述第二帧雷达回波图上该卷积区域的中心点的像素值赋值给所述第一帧雷达回波图上该卷积区域的中心点。
图3是依照本发明的至少一些实施例布置的计算机程序产品300的框图。信号承载介质302可以被实现为或者包括计算机可读介质306、计算机可记录介质308、计算机通信介质310或者它们的组合，其存储可配置处理单元以执行先前描述的过程中的全部或一些的编程指令304。这些指令可以包括例如用于使一个或多个处理器执行如下处理的一个或多个可执行指令：S1：获取第一帧雷达回波图和第二帧雷达回波图；S2：利用一卷积核对所述第一帧雷达回波图和第二帧雷达回波图进行卷积处理；S3：判断所述卷积处理的结果，如果在所述第一帧雷达回波图上一个卷积区域的卷积结果小于一阈值且在所述第二帧雷达回波图上对应卷积区域的卷积结果大于所述阈值，将所述第二帧雷达回波图上该卷积区域的中心点的像素值赋值给所述第一帧雷达回波图上该卷积区域的中心点。
图4示出了根据本发明另一个实施例的一种气象信息系统400。如图4所示，所述气象信息系统400包括：客户端401和服务器403。所述客户端401例如可以是台式电脑、笔记本电脑、手机、PAD等，其上可以安装有应用程序，通过计算机网络与服务器403通讯，从而能够接收雷达回波图并连续地向用户展示雷达回波图。所述计算机网络不限于特定的网络，可以是有线网、无线网、局域网、广域网、4G、3G、2G、GPRS、EDGE网络中的一种或多种。
服务器403配置成可执行如本发明所述的雷达回波图处理方法以修补所述雷达回波图，并在接收到来自客户端401的请求之后，将修补后的雷达回波图推送到所述客户端以进行展示。
虽然前面的详细说明已经通过框图、流程图和/或示例的使用阐述了装置和/或过程的各个示例，但是这样的框图、流程图和/或示例包含一项或多项功能和/或操作，本领域技术人员将理解的是，可以通过各种各样的硬件、软件、固件或几乎其任意组合来单独地和/或统一地实现这样的框图、流程图或示例内的每个功能和/或操作。在一个示例中，本文所描述的主题的若干部分可经由专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)或其它集成形式来实现。然而，本领域技术人员将理解的是，本文公开的示例的一些方面可以整体地或部分地被等同地实现在集成电路中、实现为在一个或多个计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，实现为在一个或多个计算机系统上运行的一个或多个程序)、实现为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(例如，实现为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)、实现为固件、或实现为以上的几乎任何组合，并且根据本公开的内容，针对所述软件和/或固件设计电路和/或编写代码将在本领域技术人员的技能范围内。例如，如果使用者判定速度和精度重要，则使用者可以选择主硬件和/或固件媒介物；如果灵活性重要，则使用者可以选择主软件实施方式；或者，另外可选地，使用者可以选择硬件、软件和/或固件的某组合。
另外，本领域技术人员将理解的是，本文所描述的主题的机制能够作为各种形式的程序产品被分发，并且不管实际上用于实施分发的信号承载介质的具体类型如何，本文所描述的主题的说明性示例都适用。信号承载介质的示例包括但不限于以下：可记录型介质，诸如软盘、硬盘驱动器、压缩盘(CD)、数字视频盘(DVD)、数字带、计算机存储器等；以及传输型介质，诸如数字和/或模拟通信介质(例如，光纤光缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。
本领域技术人员将理解的是，在本领域内常见的是以本文阐述的方式来描述装置和/或过程，此后利用工程实践将这样描述的装置和/或过程集成到数据处理系统中。也即，本文所描述的装置和/或过程的至少一部分可以通过合理量的实验集成到数据处理系统中。本领域技术人员将理解的是，典型的数据处理系统通常包括如下中的一种或多种：系统单元壳体、视频显示装置、诸如易失性和非易失性存储器的存储器、诸如微处理器和数字信号处理器的处理器、诸如操作系统的计算实体、驱动器、图形用户接口、和应用程序、诸如触摸板或触摸屏的一个或多个交互装置、和/或包括反馈环和控制电动机(例如，用于感测位置和/或速度的反馈；用于移动和/或调整部件和/或量的控制电动机)的控制系统。典型的数据处理系统可利用任何适合的市售部件来实现，诸如在数据计算/通信和/或网络计算/通信系统中常见的部件。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种雷达回波图处理方法，包括：
S1：获取第一帧雷达回波图和第二帧雷达回波图；
S2：利用一卷积核对所述第一帧雷达回波图和第二帧雷达回波图进行卷积处理；
S3：判断所述卷积处理的结果，如果在所述第一帧雷达回波图上一个卷积区域的卷积结果小于一阈值且在所述第二帧雷达回波图上对应卷积区域的卷积结果大于所述阈值，将所述第二帧雷达回波图上该卷积区域的中心点的值赋值给所述第一帧雷达回波图上该卷积区域的中心点。
2.根据权利要求1所述的雷达回波图处理方法，其中所述第一帧雷达回波图和第二帧雷达回波图是同一雷达站的连续帧的雷达回波图，或是由多个雷达站的雷达回波图拼图而成的连续帧的雷达回波图。
3.根据权利要求1或2所述的雷达回波图处理方法，其中所述阈值为0.8。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的雷达回波图处理方法，还包括：依次获取一系列雷达回波图中的其它帧，重复所述步骤S1、S2、S3。
5.根据权利要求4所述的雷达回波图处理方法，还包括：从所述一系列雷达回波图中最后一帧雷达回波图开始，反向遍历所述一系列图片帧，重复所述步骤S1、S2、S3，反向修补所有帧的雷达回波图。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的雷达回波图处理方法，其中所述卷积核为3*3的矩阵或15*15的矩阵。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的雷达回波图处理方法，还包括：将处理后的所述一系列雷达回波图推送到客户端。
8.一种雷达回波图处理装置，包括：
回波图获取单元，配置成获取或存储第一帧雷达回波图和第二帧雷达回波图；
卷积处理单元，配置成利用一卷积核对所述第一帧雷达回波图和第二帧雷达回波图进行卷积处理；和
回波图修补单元，配置成根据所述卷积处理的结果修改所述第一帧雷达回波图，如果在所述第一帧雷达回波图上一个卷积区域的卷积结果小于一阈值且在所述第二帧雷达回波图上对应卷积区域的卷积结果大于或等于所述阈值，将所述第二帧雷达回波图上该卷积区域的中心点的值赋值给所述第一帧雷达回波图上该卷积区域的中心点。
9.一种计算机可读存储介质,包括存储于其上的计算机可执行指令，所述可执行指令在被处理器执行时实施如权利要求1-7中任一项所述的雷达回波图处理方法的步骤。
10.一种气象信息系统，包括：
客户端，配置成接收雷达回波图并可向用户展示雷达回波图；
服务器，配置成可执行如权利要求1-7中任一项所述的雷达回波图处理方法以修补所述雷达回波图，并将修补后的雷达回波图推送到所述客户端以进行展示。
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