留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

3种阈值方法在闪电通道图像识别中的应用

杨欣怡 吕伟涛 杨俊 张舸 马颖 姚雯 李清勇

杨欣怡, 吕伟涛, 杨俊, 等. 3种阈值方法在闪电通道图像识别中的应用. 应用气象学报, 2014, 25(4): 427-435..
引用本文: 杨欣怡, 吕伟涛, 杨俊, 等. 3种阈值方法在闪电通道图像识别中的应用. 应用气象学报, 2014, 25(4): 427-435.
Yang Xinyi, Lü Weitao, Yang Jun, et al. Applications of 3 threshold methods to the lightning channel image recognition. J Appl Meteor Sci, 2014, 25(4): 427-435.
Citation: Yang Xinyi, Lü Weitao, Yang Jun, et al. Applications of 3 threshold methods to the lightning channel image recognition. J Appl Meteor Sci, 2014, 25(4): 427-435.

3种阈值方法在闪电通道图像识别中的应用

资助项目: 

国家自然科学基金项目 41075003,41105121

中国气象科学研究院基本科研业务费专项 2013Z006

详细信息
    通信作者:

    吕伟涛, email: wtlu@cams.cma.gov.cn

Applications of 3 Threshold Methods to the Lightning Channel Image Recognition

  • 摘要: 该文实现了3种常见的阈值算法在闪电通道识别中的应用。针对某些闪电通道图像对比度较低的特点,首先对原始图像去除背景光照不均的影响并进行图像增强,再根据所处理的闪电通道图像的具体情况,选择全局自适应阈值法、局部自适应阈值法或基于Otsu自适应阈值的Canny算子对增强后的图像进行边缘检测,进而对闪电通道进行识别。对所提取到的闪电通道进行形态学和细化处理,最终提取到由连续的像素点序列表示的闪电通道。针对数字图像中闪电通道背景的不同特点,文中提到的3种阈值方法能够有针对性地对不同图像进行通道检测,在保证准确获得清晰边缘信息的同时,较好地兼顾了对弱边缘信息的提取,有效保证了对闪电通道的识别效果。
  • 图  1  算法流程图

    Fig. 1  Algorithm flowchart

    图  2  图像预处理结果

    (a) 闪电通道原图,(b) 背景图像,(c) 背景差法获得的闪电通道图像,(d) 增强后的闪电通道图像

    Fig. 2  Image preprocessing results

    (a) the original image of the lightning channel, (b) background image, (c) the lightning channel image obtained by the frame difference method, (d) the enhanced lightning channel image

    图  3  3种阈值方法闪电通道识别结果

    (a) 自适应阈值的Canny算子,(b) 全局自适应阈值法,(c) 局部自适应阈值法

    Fig. 3  Results of the lightning channel recognition by three kinds of threshold methods

    (a) adaptive Canny operator method, (b) global adaptive threshold method, (c) local adaptive threshold method

    图  4  形态学处理结果

    Fig. 4  Morphological processing result

    图  5  闪电通道细化结果

    Fig. 5  The result of the morphological skeleton

    图  6  闪电通道识别结果示例1

    (a) 闪电通道原图,(b) 自适应阈值的Canny算子,(c) 全局自适应阈值法,(d) 局部自适应阈值法

    Fig. 6  Lightning channel recognition of Example 1

    (a) the original image of the lightning channel, (b) adaptive Canny operator method, (c) global adaptive threshold method, (d) local adaptive threshold method

    图  7  图 6,但为闪电通道识别结果示例2

    Fig. 7  The same as in Fig. 6, but for Example 2

    图  8  图 6,但为闪电通道识别结果示例3

    Fig. 8  The same as in Fig. 6, but for Example 3

    图  9  闪电通道细化结果

    (a) 细化结果示例1,(b) 细化结果示例2,(c) 细化结果示例3

    Fig. 9  Results of the morphological skeleton

    (a) Example 1, (b) Example 2, (c) Example 3

  • [1] 王道洪, 郄秀书, 郭昌明.雷电与人工引雷.上海:上海交通大学出版社, 2000:1-12. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SYQY201603027.htm
    [2] 张义军, 周秀骥.雷电研究的回顾和进展.应用气象学报, 2006, 17(6):829-834. doi:  10.11898/1001-7313.20060619
    [3] 刘欣生, 肖庆复.人工引发雷电的静态摄影及特性分析.高原气象, 1998, 17(1):106-110. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GYQX801.011.htm
    [4] 张义军, 孟青, 马明, 等.闪电探测技术发展和资料应用.应用气象学报, 2006, 17(5):611-620. doi:  10.11898/1001-7313.20060504
    [5] 李俊, 张义军, 吕伟涛, 等.一次多回击自然闪电的高速摄像观测.应用气象学报, 2008, 19(4):401-411. doi:  10.11898/1001-7313.20080403
    [6] 张义军, 吕伟涛, 郑栋, 等.负地闪先导-回击过程的光学观测和分析.高电压技术, 2008, 34(10):2022-2028. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GDYJ200810002.htm
    [7] 王才伟, 刘欣生, 董万胜, 等.人工触发闪电通道的发光特征.高原气象, 1998, 17(1):10-23. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GYQX801.001.htm
    [8] 吕伟涛, 张义军, 周秀骥, 等.火箭触发闪电通道的亮度特征分析.气象学报, 2007, 65(6):983-993. doi:  10.11676/qxxb2007.093
    [9] 孔祥贞, 郄秀书, 王才伟, 等.首次回击具有双接地点的地闪光学和电学特征的个例分析.高原气象, 2003, 22(3):259-266. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GYQX200303009.htm
    [10] Zhou Enwei, Lu Weitao, Zhang Yang, et al.Correlation analysis between the channel current and luminosity of initial continuous and continuing current processes in an artificially triggered lightning flash.Atmos Res, 2013, 129:79-89. https://www.researchgate.net/publication/254014307_Correlation_analysis_between_channel_current_and_luminosity_of_continuouscontinuing_current_process_in_an_artificially_triggered_lightning_flash
    [11] Lu Weitao, Zhang Yijun, Li Jun, et al.Optical observations on propagation characteristics of leaders in cloud-to-ground lightning flashes.Acta Meteor Sinica, 2008, 22(1):66-76. http://en.cnki.com.cn/Article_en/CJFDTOTAL-QXXW200801007.htm
    [12] 周恩伟.触发闪电放电过程的光电同步观测与分析.北京:中国科学技术大学, 2010. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SYQY201603027.htm
    [13] Otsu N.A threshold selection method from gray level histograms.IEEE Trans Systems, Man and Cybernetics, 1979, 9(1):62-66. doi:  10.1109/TSMC.1979.4310076
    [14] 杨俊, 吕伟涛, 马颖, 等.基于局部阈值插值的地基云自动检测方法.气象学报, 2010, 68(6):1007-1017. doi:  10.11676/qxxb2010.095
    [15] 梁光明, 孙即祥, 马琦, 等.Otsu算法在Canny算子中的应用.国防科技大学学报, 2003, 25(5):36-39. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GFKJ200305009.htm
    [16] 武斌, 张广庶, 王彦辉, 等.双接地负地闪VHF辐射源放电通道和光学通道的对比分析.高原气象, 2013, 32(2):519-527. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GYQX201302018.htm
    [17] 杨俊, 吕伟涛, 马颖, 等.基于自适应阈值的地基云自动检测方法.应用气象学报, 2009, 20(6):713-720. doi:  10.11898/1001-7313.20090609
    [18] Canny J. A computational approach to edge detection.IEEE Trans Pattern Analysis and Machine Intelligence, 1986, 8(6):679-698.
    [19] Rafael C G, Richard E W.数字图像处理.阮秋琪, 译.上海:电子工业出版社, 2007:423-431. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SYQY201603027.htm
    [20] 杨威, 郭科, 魏义坤.一种有效的基于八邻域查表的指纹图像细化算法.四川理工学院学报, 2008, 21(2):61-62. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SCQX200802019.htm
    [21] 高太长, 刘磊, 赵世军, 等.全天空测云技术现状及进展.应用气象学报, 2010, 21(1):101-106. doi:  10.11898/1001-7313.20100114
    [22] 朱彪, 杨俊, 吕伟涛, 等.基于KNN的地基可见光云图分类方法.应用气象学报, 2012, 23(6):722-727. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20120609&flag=1
  • 加载中
图(9)
计量
  • 摘要浏览量:  2769
  • HTML全文浏览量:  1132
  • PDF下载量:  1650
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2013-11-06
  • 修回日期:  2014-04-18
  • 刊出日期:  2014-07-31

目录

    /

    返回文章
    返回