基于多尺度几何分析和偏微分方程的台风云图融合方法研究

论文摘要

我国是世界上受台风灾害影响严重的国家之一,平均每年有7个台风在我国登陆。在夏秋季节,台风是东南沿海最重要的灾害性天气系统,其所经之处带来的狂风暴雨和风暴潮等灾害,给人民生命、国家财产和工农业生产造成重大损失。另一方面,台风引起的降水却能解除或缓和大范围的旱情。因此,准确、及时的台风预报和警报可以起到趋利避害的作用,而准确的中心定位则是台风成功预报的基础。台风中心位置的确定一直是以卫星云图为主要手段,而我国的风云系列气象卫星云图包含5个谱段的卫星图像：红外一通道、红外二通道、红外四通道、可见光通道和水汽通道。台风云系的不同特征分别体现在不同通道的云图中。如果将台风云系在不同通道云图中的特征融合到一幅图像中,就能充分利用卫星图像不同通道的信息来更好的提取台风特征,从而为气象部门预测台风和研究台风特性提供很有利的依据,进而对全国防御台风灾害,减少台风灾害所带来的损失提供重要的指导。本文的主要研究工作如下：(1)提出一种基于曲率尺度与粒子群优化算法相结合的多通道台风云图配准方法。该方法通过确定图像曲率轮廓的对应角点信息后引入粒子群优化配准的仿射变换函数来实现两幅图像的配准,实验表明该方法不仅能够很好地实现台风图像配准工作,而且配准精度优于传统方法,对于下一步台风云图融合工作的进行有很大帮助。(2)提出一种有效的基于小波变换和偏微分方程相结合的多通道台风云图融合方法。该方法一方面能够很好地实现多通道台风云图融合,另一方面由于结合了偏微分方程的优势使得在多通道台风云图融合过程中考虑了去除噪声的问题,最终融合的台风云图不仅能够很好地保持各个通道的有用信息,而且大大提高了融合后台风云图的清晰度。(3)提出一种有效的基于Contourlet变换和偏微分方程的多通道台风云图融合方法。该方法通过在Contourlet域内的高频子图引入一个非线性增强算子突出融合后的云图细节,在保证不丢失台风云图重要细节和轮廓信息的同时也考虑了融合过程中的噪声问题。该方法能够很好地保持各个通道台风云图的重要信息,而且还能够提高融合后台风云图的清晰度。(4)提出一种基于Contourlet变换和粒子群优化相结合的多通道台风云图融合方法。该方法综合运用Contourlet域内各个通道云图的信息熵、梯度值以及信噪比构造粒子群优化函数,通过粒子群优化该函数最终使得融合后的台风云图能够保持较高的信息熵、梯度值和信噪比值。实验结果表明,所提出的方法优于传统的几种同类方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状及发展分析
• 1.3 论文的研究工作及各章的内容安排
• 2 图像融合方法概述及融合效果评价
• 2.1 图像融合方法概述
• 2.2 图像融合效果评价
• 2.2.1 主观评价方法
• 2.2.2 客观评价方法
• 2.2.3 评价指标的选取
• 2.3 本章小结
• 3 基于曲率尺度和粒子群优化算法的多通道台风云图配准
• 3.1 图像配准的经典方法
• 3.1.1 基于图像灰度的配准方法
• 3.1.2 基于图像特征的配准方法
• 3.2 基于曲率尺度和粒子群优化算法的台风云图配准方法
• 3.2.1 基于曲率尺度和粒子群优化算法的台风云图配准原理
• 3.2.2 基于曲率尺度和粒子群优化算法的台风云图配准实现
• 3.2.3 实验结果
• 3.3 本章小结
• 4 基于小波变换和偏微分方程的台风云图融合方法
• 4.1 图像小波变换的原理
• 4.2 基于偏微分方程的融合原理
• 4.3 基于小波变换和偏微分方程的台风云图融合
• 4.4 实验结果
• 4.5 本章小结
• 5 基于Contourlet变换和偏微分方程的台风云图融合方法
• 5.1 基于Contourlet变换和偏微分方程的云图融合原理
• 5.2 基于Contourlet变换和偏微分方程的云图融合实现
• 5.3 实验结果
• 5.4 本章小结
• 6 基于Contourlet变换和粒子群优化算法的台风云图融合方法
• 6.1 基于Contourlet变换和粒子群优化算法的云图融合原理
• 6.2 基于Contourlet变换和粒子群优化算法的云图融合实现
• 6.3 实验结果
• 6.4 本章小结
• 7 总结和展望
• 7.1 本文的主要工作
• 7.2 未来的研究方向
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢