基于中值滤波和小波变换的天气雷达回波图像处理.pdfVIP

第 27卷 第 1期 气 象 科 学 Vo1．27，No．1 2007年 2月 SCIENTIA M ETEOROLOGICA SINICA Feb．．2007 基于中值滤波和小波变换的天气雷达 回波图像处理 赵 悦 陈家华 章建军。 张 为。 程 婷 (193307部队气象台，沈阳 110141)(2江苏省气象局 ，南京 210009) (3解放军理工在学气象学院，南京211101) 摘 要 本文提出了一种 中值滤波和小波变换相结合 的天气雷达 回波图像处理方法 ，分别从 目标 回波的视觉角度和统计量 的客观角度对处理后 图像进行 了分析。实验结果表明，本文算法实 现了去除回波图像中高斯和脉冲混合噪声的 目的，有效的保留了回波图像边缘细节，视觉效果好， 层次感较为丰富，处理效果明显优于传统 图像处理方法 ，为 自动识别 回波种类 的研究提供 了良好 的基础 。 关键词 天气雷达 回波 中值滤波 小波变换 图像处理 分类号 P415．2 文献标识码 B 引 言 天气雷达是用于观测降水和强对流天气 的主要探测工具 。在进行强对流天气 的警戒和超短时预报 中， 及时准确地识别强降水回波对实时预警和监测灾害性天气是非常重要的一环 。随着现代雷达技术、计算机 视觉技术以及现代信号处理理论与技术的不断发展，使 自动提取 回波特征信息和识别 回波种类技术不断成 熟。 天气雷达数字化回波图像是将雷达输出的对数视频信号经采集 、量化分层而得到的。在实际应用中，采 用 8位的A／D转换器 ，并对采集结果作积分平滑处理 ，以消除由于气象 目标物的散射抖动而造成 的回波图 像边沿之模糊不清，根据天气雷达终端软件要求将量化结果 (256层)分成若干层进行伪彩色显示 。尽管如 此处理 ，在生成和传输 回波 图像的过程中，常常因为硬件设备因素或各种传输信号以及天体辐射波 、地物杂 波等噪声源的干扰和影响使得 回波图像 中仍夹杂着 “椒盐”噪声点和高斯 白噪声等随机噪声 ，屏幕上显示 出 的回波图像轮廓边沿有时杂乱不清 ，往往不能在视觉识别系统中直接使用 ，必须在视觉信息处理的早期阶段 对原始 图像进行灰度校正、增强、噪声过滤等 回波图像处理 ，消除地物杂波等噪声的干扰 ，使其形成的产品图 像反映真实情况，为 自动提取 回波特征信息和识别回波种类奠定基础。 小波变换是近年来兴起的信号处理技术，它具有 良好的局部化分析特性和多分辨率分析特性 ，非常适合 于图像处理。本文根据 回波 图像特征 ，提出了一种中值滤波和小波变换相结合的回波图像处理方法 ，即在空 域和频域 内对回波图像进行处理 。 1 回波图像的中值滤波方法 对机器视觉系统来说 ，所用的图像处理方法并不考虑图像降质原因，只将图像中感兴趣的特征有选择地 表现出来 ，衰减其不需要的特征 ，故处理后的图像并不需要去逼近原 图像，这类 图像处理方法统称为图像增 强。图像增强技术主要有两种方法 ：空间域法和变换域法。中值滤波是常用 的一种非线性平滑滤波方法 。 它是一种邻域运算 ，类似于卷积 ，但不是加权求和计算。其主要原理是 ：首先确定一个以某个像素为中心点 的邻域 ，一般为方形邻域 ；然后将邻域 中的各个像素的灰度值进行排序，取其 中间值作为中心点像素灰度 的 收稿 日期 ：2005—10—18；修 改稿 日期 ：2005—12—23 基金项 目：本文 由国家 自然科学基金项 目(编号 资助 第一作者简介：赵悦(1979一)，男(汉)，辽宁鞍山，硕士 ，现在 93307部队气象 台，主要从事大气探测信息采集与处理应用研究 ~mail：amen79616@yahoo．ccm cn 64 气 象 科 学 27卷 新值 ，这里的邻域通常被称为窗口；当窗 口在图像 中上下左右进行移动后，利用中值滤波算法可以很好地对 图像进行平滑处理。 中值滤波的优势在于它能够有效地抑制脉冲椒盐噪声