一种机载测量过程中时变的到达时间间隔阈值的破碎粒子识别方法技术

本发明专利技术公开了一种机载测量过程中时变的到达时间间隔阈值的破碎粒子识别方法，属于信号处理技术领域，主要应用于机载云降水粒子测量的图像采集与预处理中。该方法基于一定时间段内满足统计粒子数要求下的粒子到达时间间隔数值的统计，通过对统计后的到达时间间隔数值分布的拟合，确定出破碎粒子与自然粒子的到达时间间隔数值分布的模态位置，从而确定出破碎粒子的到达时间间隔阈值；可对因测量过程中粒子与探头探测臂发生机械碰撞，或者与探头外壳产生的湍流和风切变相互作用而破碎的破碎粒子伪迹进行识别与剔除，有助于仪器测得较为真实的云降水粒子数据。本发明专利技术可作为机载云降水粒子图像采集的预处理，对进一步利用机载测量的云降水粒子图像数据研究云微物理过程具有重要的意义。

A time-varying threshold of arrival time interval for particle recognition in airborne measurement

【技术实现步骤摘要】
一种机载测量过程中时变的到达时间间隔阈值的破碎粒子识别方法
本专利技术属于信号处理
，具体涉及一种机载测量过程中破碎的云降水粒子图像伪迹的识别方法。
技术介绍
机载云微物理测量是现代云微物理研究的主要观测手段之一，利用机载云降水粒子成像仪进行的飞机云微物理观测不仅可用于云降水物理研究，还可用于卫星雷达等遥感结果的验证。从机载云降水粒子成像仪器所获取的粒子图像来看，粒子图像数据中包含有很多破碎的伪粒子。这其中既有因测量过程中粒子与探头探测臂发生机械碰撞破碎而形成的碎片，也有因与探头外壳产生的湍流和风切变相互作用而破碎的碎片粒子伪迹。破碎伪粒子的存在，导致从粒子图象获取的云微物理参数发生了偏差，这不仅不利于云降水物理研究，也将误导遥感测量结果。因此，有必要对机载云降水粒子成像仪所测图象中的破碎伪粒子进行识别和剔除。对机载测量云降水粒子图像过程中破碎伪粒子的识别和剔除，国外已经有人进行了相关的研究，1978年美国农垦局的Cooper提出了利用空间距离来滤除掉溅散破碎的粒子，虽然破碎的粒子在空间分布上比较紧密，但由于粒子图像的采样率与飞机的速度成正比，这使得粒子图像之间的空间距离间隔在飞机速度比较快时也比较紧密，而实际飞机飞行的速度是难以保持恒定的，因此基于空间距离的方法在滤除破碎粒子时具有很大的局限性。2005年加拿大环境部的Korolev提出了利用孤立粒子数判别粒子破碎伪迹的方法，该方法假定于一个粒子图像帧仅能有一个孤立粒子，而当粒子破碎时有很多破碎粒子同时被记录于同一个粒子图像帧中，但是实际很多情况是有很多的破碎粒子碎片是以单个的形式被仪器记录下来，因此基于孤立粒子数的方法在破碎粒子识别准确性上不高。2006年美国国家大气研究中心的Field等提出了利用到达时间间隔阈值滤除破碎粒子的方法，该方法巧妙地利用了仪器了记录粒子图像时也同时记录粒子进入仪器采样区的时间，而相邻两个自然粒子进入仪器采样区的时间间隔小于两相邻碎片进入仪器采样区的时间间隔，可以以较高的准确性识别破碎的伪粒子，但该方法并非时变的，它对整个航测的结果仅采用一个单一的时间间隔阈值进行破碎伪粒子的识别，考虑到云内环境的复杂多变，云中各个部位云粒子的分布是有起伏和不均匀的，因此单一固定的到达时间间隔阈值方法很难完全准确识别出破碎的伪粒子。鉴于此，提出一个机载测量过程中时变的到达时间间隔阈值方法，以期能够以时变的方式对测量过程中的破碎伪粒子进行识别与剔除。
技术实现思路
为客服现有方法中所存在的问题，本专利技术提供了一种机载测量过程中时变的破碎粒子到达时间间隔阈值确定方法，以期能够以时变的方式自动识别云降水粒子图像采集过程中破碎的伪迹粒子图像，并将其剔除，从而为云微物理过程分析提供较为真实的云降水粒子图像数据。本专利技术一种机载测量过程中时变的破碎粒子到达时间间隔阈值确定方法，具体步骤如下：(1)图像获取步骤，从机载云降水粒子成像测量仪器中获取原始的粒子图像数据；(2)一定周期内的单粒子图像帧检测，获取粒子图像帧的粒子到达时刻；(3)在获取粒子图象帧的具体信息后，可以计算出每个粒子图象帧与其相邻粒子图象帧的到达时间间隔，即Δti＝ti-ti-1；(4)对一定周期内满足统计条件的粒子到达时间间隔数值进行直方图统计；(5)对统计后的粒子到达时间间隔数值进行多项式的曲线拟合；(6)对拟合后的曲线进行破碎粒子模态存在的检测；(7)当该数据段存在破碎粒子模态时，对存在破碎粒子模态的到达时间间隔阈值Δt进行确定；(8)对该数据段内的破碎伪粒子进行识别，当Δti＜Δt时，则将该符合阈值条件的粒子与其上一个粒子均认为是粒子破碎形成的伪粒子碎片予以剔除；(9)当该数据段不存在破碎粒子模态，则不对该段数据进行处理，返回步骤(2)，对下一周期的粒子数据继续进行处理。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术提出一种机载测量过程中时变的破碎粒子到达时间间隔阈值确定方法以期能以时变的方式对破碎形成的伪粒子进行识别，可有效客服目前到达时间间隔算法无法自适应地对破碎后形成的碎片伪粒子进行准确识别的困难，提高了对破碎伪粒子识别的准确性和可靠性。2.本专利技术提出了一个自适应的机载云降水粒子图像采集测量过程中破碎伪粒子的识别方法，适用于机载光阵探头在国内云微物理观测研究中的数据质量控制要求。附图说明图1是机载云降水粒子测量过程中破碎伪粒子识别方法步骤。图2是一幅真实的含有图像伪迹的云降水粒子图像。图3是自然云粒子形成的单粒子图像帧，没有伪迹。图4是破碎粒子伪迹夹杂有自然云粒子形成的单粒子图像帧。图5是剔除掉破碎粒子前后的云降水粒子谱比较。具体实施方式本专利技术利用仪器记录粒子的图像信息，通过结合统计、拟合与信号检测方法，可有效地确定出时变的到达时间间隔阈值，对机载云降水粒子成像仪测量过程中所形成的破碎伪迹进行自适应的识别和剔除，为云微物理过程的分析提供更为可靠真实的云降水粒子图像数据，处理流程如图1所示。(1)图像获取步骤，从机载云降水粒子成像仪获取云降水粒子图像数据，如图2所示。(2)对获取的云降水粒子图像进行粒子目标检测，获得单个云降水粒子图像帧，这里单粒子图象帧是根据仪器采集的过程定义的，当有粒子出现在仪器采样区挡住仪器激光光源时在仪器传感器上形成粒子图像，仪器立即对粒子图像不断进行采集，直到云粒子飞出采样器，这时激光光照恢复，仪器的图像采集停止，并把刚刚采集到的粒子图像进行标记和存储，从而形成一个单粒子图象帧。多个单粒子图象帧存储在一起，直到堆满预留的存储空间就往上位机传输，从而在上位机上显示为一幅粒子图像，如图2所示，因此获取的单个云降水粒子图像帧内可以是单个自然云粒子图像，如图3所示，也可以是伪迹粒子图像与自然云粒子图像共存的图像，如图4所示。(3)对检测到的单粒子图像帧进行的到达时间信息进行提取。对粒子到达仪器采样区时间的提取采用粒子图像数据解析的方法，仪器在开始采集粒子图像时会记录下开始采集粒子图像的时刻并与粒子图象数据以及粒子图像数据帧的边界标志组合在一起形成单粒子图像帧。通过识别单粒子图像帧的边界标志，可以检测出粒子图像数据并从中提取出该单粒子图像帧的采集时刻，即粒子到达仪器采样区的时间。(4)在获取粒子图象帧的具体信息后，可以计算出每个粒子图象帧与其相邻粒子图象帧的到达时间间隔，即Δti＝ti-ti-1。(5)对一定周期内满足统计条件的粒子到达时间间隔数值进行直方图统计。(6)对统计后的粒子到达时间间隔数值进行多项式的曲线拟合。(7)对拟合后的曲线进行破碎粒子模态存在的检测。(8)对存在破碎粒子模态的到达时间间隔阈值Δt进行确定。(9)对该数据段内的破碎伪粒子进行识别，当Δti＜Δt时，则将该粒子与其上一个粒子均认为是粒子破碎形成的伪粒子碎片予以剔除。(10)当该数据段不存在破碎粒子模态，则不对该段数据进行处理，返回步骤(2)，对下一周期的粒子数据继续进行处理。(11)对识别后的破碎粒子图像伪迹进行标记和剔除，然后可对剔除伪迹后的云降水粒子图像数据重新进行粒子谱统计，破碎伪迹剔除前后的粒子谱统计对比如图5所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机载测量过程中时变的到达时间间隔阈值的破碎粒子识别方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)图像获取步骤，从机载光阵成像测量仪器中获取原始的粒子图像数据；(2)一定周期内的单粒子图像帧检测，获取粒子图像帧的粒子到达时刻；(3)在获取粒子图象帧的具体信息后，可以计算出每个粒子图象帧与其相邻粒子图象帧的到达时间间隔，即Δti＝ti‑ti‑1；(4)对一定周期内满足统计条件的粒子到达时间间隔数值进行直方图统计；(5)对统计后的粒子到达时间间隔数值进行多项式的曲线拟合；(6)对拟合后的曲线进行破碎粒子模态存在的检测；(7)当该数据段存在破碎粒子模态时，对存在破碎粒子模态的到达时间间隔阈值Δt进行确定；(8)对该数据段内的破碎伪粒子进行识别，当Δti＜Δt时，则将该符合阈值条件的粒子与其上一个粒子均认为是粒子破碎形成的伪粒子碎片予以剔除；(9)当该数据段不存在破碎粒子模态，则不对该段数据进行处理，返回步骤(2)，对下一周期的粒子数据继续进行处理。

【技术特征摘要】
1.一种机载测量过程中时变的到达时间间隔阈值的破碎粒子识别方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)图像获取步骤，从机载光阵成像测量仪器中获取原始的粒子图像数据；(2)一定周期内的单粒子图像帧检测，获取粒子图像帧的粒子到达时刻；(3)在获取粒子图象帧的具体信息后，可以计算出每个粒子图象帧与其相邻粒子图象帧的到达时间间隔，即Δti＝ti-ti-1；(4)对一定周期内满足统计条件的粒子到达时间间隔数值进行直方图统计；(5)对统计后的粒子到达时间间隔数值进行多项式的曲线拟合；(6)对拟合后的曲线进行破碎粒子模态存在的检测；(7)当该数据段存在破碎粒子模态时，对存在破碎粒子模态的到达时间间隔阈值Δt进行确定；(8)对该数据段内的破碎伪粒子进行识别，当Δti＜Δt时，则将该符合阈值条件的粒子与其上一个粒子均认为是粒子破碎形成的伪粒子碎片予以剔除；(9)当该数据段不存在破碎粒子模态，则不对该段数据进行处理，返回步骤(2)，对下一周期的粒子数据继续进行处理。2.根据权利要求1所述的一种机载测量过程中时变的到达时间间隔阈值的破碎粒子识别方法，其特征在于步骤(2)获取单粒子图象帧的粒子到达时间信息。3.如权利要求1所述的一种机载测量过程中时变的到达时间间隔阈值的破碎粒子识别方法，其特征在于步骤(3)计算出...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄敏松，雷恒池，
申请(专利权)人：中国科学院大气物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11