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基于线支持区域的闪电通道识别算法

李峰 吕伟涛 李清勇 张舸 马颖 杨俊

李峰, 吕伟涛, 李清勇, 等. 基于线支持区域的闪电通道识别算法. 应用气象学报, 2016, 27(6): 725-733. DOI: 10.11898/1001-7313.20160609..
引用本文: 李峰, 吕伟涛, 李清勇, 等. 基于线支持区域的闪电通道识别算法. 应用气象学报, 2016, 27(6): 725-733. DOI: 10.11898/1001-7313.20160609.
Li Feng, Lü Weitao, Li Qingyong, et al. Lightning channel image recognition based on line support region. J Appl Meteor Sci, 2016, 27(6): 725-733. DOI:  10.11898/1001-7313.20160609.
Citation: Li Feng, Lü Weitao, Li Qingyong, et al. Lightning channel image recognition based on line support region. J Appl Meteor Sci, 2016, 27(6): 725-733. DOI:  10.11898/1001-7313.20160609.

基于线支持区域的闪电通道识别算法

DOI: 10.11898/1001-7313.20160609
资助项目: 

中国气象科学研究院基本科研业务费项目 2014R015

北京市自然科学基金项目 4142043

国家自然科学基金项目 41475003

中央高校基本科研业务费专项基金 2014JBZ003

国家重大科学仪器设备开发专项 2012YQ11020504

详细信息
    通信作者:

    吕伟涛, email: wtlu@camscma.cn

Lightning Channel Image Recognition Based on Line Support Region

  • 摘要: 提出了一种基于线支持区域的闪电通道识别算法 (LLSR),该算法首先应用对比度拉伸和高斯匹配滤波方法对闪电通道图像进行预处理,以增强闪电通道的对比度;然后自动检测出包含闪电通道的线支持区域,并用最小外接矩形包含这些区域;最后在各个矩形区域内分别使用最大类间方差Otsu阈值法进行分割,得到闪电通道识别结果。试验结果表明:LLSR具有良好的局部特性和自适应性,它不仅能自动提取低对比度闪电图像的通道,还能自动提取具有复杂背景闪电图像的通道,自动提取结果在视觉上与人眼观测结果一致。且定量评估结果表明:LLSR相比传统算法具有更好的分割精度。
  • 图  1  图像预处理示例

    (a) 闪电通道原图,(b) 对比度拉伸图像,(c) 高斯匹配滤波图像

    Fig. 1  Example of image preprocessing results

    (a) the original lightning channel image, (b) the image after contrast stretching, (c) the image after Gauss matched filtering

    图  2  闪电通道横截面的灰度分布

    Fig. 2  Gray distribution of cross section of lightning channels

    图  3  闪电通道线支持区域矩形扩展示例

    (a) 扩展前,(b) 扩展后

    Fig. 3  Examples of the rectangular expansion of lightning channel line support region

    (a) before expansion, (b) after expansion

    图  4  闪电通道图像中三个矩形区域及其对应的灰度直方图

    (a) 闪电通道图像中3个区域示例, (b) 区域1的灰度直方图, (c) 区域2的灰度直方图, (d) 区域3的灰度直方图

    Fig. 4  Three rectangular regions and their corresponding gray histogram

    (a) example of three rectangular regions in lightning channel image, (b) gray histogram of region 1, (c) gray histogram of region 2, (d) gray histogram of region 3

    图  5  闪电图像及其对应的人工标注图像示例

    Fig. 5  Examples of lightning images and their corresponding manually marked images

    图  6  闪电通道识别结果

    Fig. 6  The result of lightning channel recognition

    表  1  不同σ取值对应的LLSR性能

    Table  1  Performance of LLSR with different σ

    σ Rrecall Ppre Fmeasure
    0.7 0.5439 0.8182 0.6397
    1.6 0.7347 0.7621 0.7352
    2.3 0.7462 0.6655 0.6777
    下载: 导出CSV

    表  2  不同τ取值对应的性能表

    Table  2  Performance of LLSR with different τ

    τ/(°) Rrecall Ppre Fmeasure
    14 0.6952 0.7635 0.7101
    15 0.7042 0.7566 0.7116
    18 0.7224 0.7390 0.7118
    20 0.7290 0.7303 0.7106
    下载: 导出CSV

    表  3  不同的算法性能表

    Table  3  Performance for different algorithms

    算法 Rrecall Ppre Fmeasure
    GThres 0.6252 0.6724 0.6227
    LThres 0.8709 0.3090 0.4455
    CThres 0.8834 0.2243 0.3534
    LLSR 0.7224 0.7390 0.7118
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-03-10
  • 修回日期:  2016-06-15
  • 刊出日期:  2016-11-30

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