CN109299706A - 利用实景监控影像的提取降雹信息的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用实景监控影像的提取降雹信息的方法，它涉及提取天气信息技术领域。包括以下步骤：(1)、降雹行为的图像信息采集；(2)、降雹信息获取；(3)、图像预处理；(4)、冰雹区域提取；(5)、冰雹块大小的估算及降雹密度的计算。本发明基于监控摄像头采集的降雹行为影像，进行降雹量信息提取的可行方案分析。给出降雹量信息提取的完整过程，对提取过程中面临的问题进行分析，提出可行、可靠的参考方案，旨在记录降雹实况，为降雹等强对流天气研究提供可靠的可靠信息。

Description

利用实景监控影像的提取降雹信息的方法
技术领域
本发明涉及的是提取天气信息技术领域，具体涉及一种利用实景监控影像的提取降雹信息的方法。
背景技术
强对流天气(如冰雹)是局地范围的天气现象，持续时间较短，突发性强，破坏性大，影响着我们的生活。气象观测站网对降雹的观测记录是目前冰雹的观测数据的主要来源，漏记现象比较普遍。在日常生活中，有大量的监控摄像头存在于街边、路口为人们提供交通、生活安全保障。目前，借助监控摄像头可以捕获到摄像头周边的图像及视频，利用图像处理技术、计算机视觉技术以及人工智能方法，对图像及视频进行处理，获取感兴趣的天气状况，进而检测出冰雹大小、降雹密度等一系列气象特征，从而帮助记录气象信息，为天气预报提供实况。因此，利用实景监控系统的共享信息搭建天气现象记录仪成为可能。
综上所述，本发明设计了一种利用实景监控影像的提取降雹信息的方法。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种利用实景监控影像的提取降雹信息的方法，基于监控摄像头采集的降雹行为影像，进行降雹量信息提取的可行方案分析。给出降雹量信息提取的完整过程，对提取过程中面临的问题进行分析，提出可行、可靠的参考方案，旨在记录降雹实况，为降雹等强对流天气研究提供可靠的可靠信息。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：利用实景监控影像的提取降雹信息的方法，包括以下步骤：
1、降雹行为的图像信息采集；
2、降雹信息获取；
3、图像预处理；
4、冰雹区域提取；
5、冰雹块大小的估算及降雹密度的计算。
所述的步骤1依据监控摄像头进行降雹信息的采集，满足下列条件：(1)满足一定分辨率的摄像头拍摄到降落过程中或降落到地面的冰雹影像；
(2)有存储介质：将采集到的冰雹影像进行保存，为后续处理提供图像数据；
(3)夜间拍摄：降雹过程可能发生在夜间，红外摄像或补光器保证夜间拍摄图像可用；
所述的步骤2的降雹信息获取过程为：首先，对采集到的监控影像关键帧进行去噪、去雾、图像增强的处理，得到清晰的监控影像；然后，通过颜色空间变换或目标检测的方法将冰雹从视频图像中提取，得到冰雹在图像中的位置；最后，通过摄像头标定的方法，获取冰雹的几何信息，依据几何信息估算出降雹量。
所述的步骤3的图像预处理过程为：去噪：通过图像平滑处理或多图像叠加降噪等方法进行降噪；
去雾：暗通道去雾算法或简化的SSR算法均可用于雾天图像的增强；
增强：通过图像恢复或超分辨率复原技术进行增强提高图像的质量。
所述的步骤4针对步骤3中处理好的图像：进行感兴趣区域的提取，其方法：
(1)相邻帧差法：对监控影像的相邻帧做差，将降落过程的冰雹提取出来；
(2)光流法：该方法是运动物体识别的常用方法，也可以将降落过程的冰雹提取出来；
(3)对于降落到地面的冰雹，可将图像RGB转换到HSV空间，利用颜色特征提取冰雹。
所述的步骤5通过采集到的图像估算出单个冰雹的大小，并计算出单位面积的降雹量。具体包括：(1)图像校正：摄像机在进行拍摄、传输的过程中，存在较大的变形。采用自标定的数字图像标定技术可以解决图像变形问题，保证后续测量的准确性；
(2)冰雹块大小的估算：通过空间变换将拍摄的倾斜图像转换为俯视角度下的图像。选取地面上一定规格大小或其他特定大小的物体为参照物，计算出单个像素对应地物的大小。通过种子填充等图像处理方法得到单个冰雹位置，从而实现对单个冰雹块大小的估算，获取此次降雹过程的最大雹块大小。
(3)降雹密度的计算：利用已提取的冰雹区域，通过图像分割方法得到该区域降落冰雹的总面积，可推算出总降雹量，从而得到单位面积的降雹量(降雹密度)。
本发明的有益效果：本发明基于监控摄像头采集的降雹行为影像，进行降雹量信息提取的可行方案分析。给出降雹量信息提取的完整过程，对提取过程中面临的问题进行分析，提出可行、可靠的参考方案，旨在记录降雹实况，为降雹等强对流天气研究提供可靠的可靠信息。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明的降雹信息获取过程图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参照图1，本具体实施方式采用以下技术方案：利用实景监控影像的提取降雹信息的方法，包括以下步骤：
1、降雹行为的图像信息采集
主要依据监控摄像头进行降雹信息的采集，满足以下条件的监控影像可以应用于本方案：
（1）满足一定分辨率的摄像头拍摄到降落过程中或降落到地面的冰雹影像；
（2）有存储介质：将采集到的冰雹影像进行保存，为后续处理提供图像数据；
（3）夜间拍摄：降雹过程可能发生在夜间，红外摄像或补光器保证夜间拍摄图像可用；
常用的监控视频分辨率有：D1：704*576；HCIF（Half CIF）：704*288；CIF：352*288；QCIF：176*144；VGA：640*480；QVGA：320*240；以上为传统模拟相机常见的分辨率，常见于路边道口以及小区监控。可以通过实验的方法确定所采集的影像是否可用作冰雹信息的提取。
2、降雹信息获取过程
首先，对采集到的监控影像关键帧进行去噪、去雾、图像增强的处理，得到清晰的监控影像；然后，通过颜色空间变换或目标检测的方法将冰雹从视频图像中提取，得到冰雹在图像中的位置；最后，通过摄像头标定的方法，获取冰雹的几何信息，依据几何信息估算出降雹量。降雹信息获取过程如图1所示。
3、图像预处理
监控摄像头可以拍摄到冰雹降落的过程，通过获取视频影像关键帧识别降雹过程。由于监控摄像头采集到的图像会存在一定的噪声干扰，造成图像模糊不清，无法直接识别，因此，为了消除干扰影响，提高识别准确率，需要对监控摄像头采集到的降雹行为图像进行预处理，涉及到的技术有去燥、去雾及增强等。
去噪：通过图像平滑处理或多图像叠加降噪等方法进行降噪；
去雾：暗通道去雾算法或简化的SSR算法均可用于雾天图像的增强；
增强：通过图像恢复或超分辨率复原技术进行增强提高图像的质量。
4、冰雹区域提取
针对步骤3中处理好的视频影像图像，进行感兴趣区域的提取，其方法：
（1）相邻帧差法：对监控影像的相邻帧做差，将降落过程的冰雹提取出来；
（2）光流法：该方法是运动物体识别的常用方法，也可以将降落过程的冰雹提取出来；
（3）对于降落到地面的冰雹，可将图像RGB转换到HSV空间，利用颜色特征提取冰雹。
在降雹过程识别提取的基础上可以进一步完成降雹大小及降雹密度信息的提取。
5、冰雹块大小的估算及降雹密度的计算
通过采集到的图像估算出单个冰雹的大小，并计算出单位面积的降雹量。具体可实施方案如下：
（1）图像校正：摄像机在进行拍摄、传输的过程中，存在较大的变形。采用自标定的数字图像标定技术可以解决图像变形问题，保证后续测量的准确性；
（2）冰雹块大小的估算：通过空间变换将拍摄的倾斜图像转换为俯视角度下的图像。选取地面上一定规格大小或其他特定大小的物体为参照物，计算出单个像素对应地物的大小。通过种子填充等图像处理方法得到单个冰雹位置，从而实现对单个冰雹块大小的估算，获取此次降雹过程的最大雹块大小。
（3）降雹密度的计算：利用已提取的冰雹区域，通过图像分割方法得到该区域降落冰雹的总面积，可推算出总降雹量，从而得到单位面积的降雹量（降雹密度）。
本具体实施方式旨在为冰雹等强对流天气研究提供可靠的指导信息，主要通过对监控摄像头采集到的图像信息，进行冰雹信息提取。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.利用实景监控影像的提取降雹信息的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、降雹行为的图像信息采集；
(2)、降雹信息获取；
(3)、图像预处理；
(4)、冰雹区域提取；
(5)、冰雹块大小的估算及降雹密度的计算。
2.根据权利要求1所述的利用实景监控影像的提取降雹信息的方法，其特征在于，所述的步骤(1)依据监控摄像头进行降雹信息的采集，满足下列条件：
(1)满足一定分辨率的摄像头拍摄到降落过程中或降落到地面的冰雹影像；
(2)有存储介质：将采集到的冰雹影像进行保存，为后续处理提供图像数据；
(3)夜间拍摄：降雹过程可能发生在夜间，红外摄像或补光器保证夜间拍摄图像可用。
3.根据权利要求1所述的利用实景监控影像的提取降雹信息的方法，其特征在于，所述的步骤(2)的降雹信息获取过程为：首先，对采集到的监控影像关键帧进行去噪、去雾、图像增强的处理，得到清晰的监控影像；然后，通过颜色空间变换或目标检测的方法将冰雹从视频图像中提取，得到冰雹在图像中的位置；最后，通过摄像头标定的方法，获取冰雹的几何信息，依据几何信息估算出降雹量。
4.根据权利要求1所述的利用实景监控影像的提取降雹信息的方法，其特征在于，所述的步骤(3)的图像预处理过程为：
去噪：通过图像平滑处理或多图像叠加降噪等方法进行降噪；
去雾：暗通道去雾算法或简化的SSR算法均可用于雾天图像的增强；
增强：通过图像恢复或超分辨率复原技术进行增强提高图像的质量。
5.根据权利要求1所述的利用实景监控影像的提取降雹信息的方法，其特征在于，所述的步骤(4)针对步骤(3)中处理好的图像：进行感兴趣区域的提取，其方法：
(1)相邻帧差法：对监控影像的相邻帧做差，将降落过程的冰雹提取出来；
(2)光流法：该方法是运动物体识别的常用方法，也可以将降落过程的冰雹提取出来；
(3)对于降落到地面的冰雹，可将图像RGB转换到HSV空间，利用颜色特征提取冰雹。
6.根据权利要求1所述的利用实景监控影像的提取降雹信息的方法，其特征在于，所述的步骤(5)通过采集到的图像估算出单个冰雹的大小，并计算出单位面积的降雹量；具体包括：(1)图像校正：摄像机在进行拍摄、传输的过程中，存在较大的变形；采用自标定的数字图像标定技术可以解决图像变形问题，保证后续测量的准确性；
(2)冰雹块大小的估算：通过空间变换将拍摄的倾斜图像转换为俯视角度下的图像；选取地面上一定规格大小或其他特定大小的物体为参照物，计算出单个像素对应地物的大小；通过种子填充等图像处理方法得到单个冰雹位置，从而实现对单个冰雹块大小的估算，获取此次降雹过程的最大雹块大小；
(3)降雹密度的计算：利用已提取的冰雹区域，通过图像分割方法得到该区域降落冰雹的总面积，可推算出总降雹量，从而得到单位面积的降雹量。
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