从记录于坐标纸上的曲线函数提取数据的方法技术

本发明专利技术涉及图像处理技术中，从记录于坐标纸上的曲线函数提取数据的方法。本发明专利技术所述的坐标纸是指用于滚筒式电动自记仪上的坐标纸。发明专利技术的方法是：首先对记录曲线的坐标纸进行扫描处理，得到曲线的图表数据，再根据图表数据的背景和目标图像的轮廓，利用二值化过程去除背景图表的轮廓，然后对曲线进行中值平滑处理，再以所得图表数据的底边起始位置为基准，以预先确定的取样长度单位为步长，逐段读取曲线上各段的纵坐标值Ｙ，同时将各长度位置Ｘ和与该长度位置相对应的函数值Ｙ存入数据库中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像处理技术中，。本专利技术所述的坐标纸是指用于滚筒式电动自记仪上的坐标纸。
技术介绍
随着计算机的发展，许多传统的纸记录图表都有待通过扫描和图像识别的过程实现数字化存储数据。这样不仅可以提高工作效率，而且可以排除人为因素造成的误差，大大提高参数选择的精确性，促进传统记录图表文件的数字化发展进程，有利于分析研究工作。但是纸记录图表的特征点都不是很标准，并受到了噪声的影响，使识别工作受到很多干扰。理论上的传统折线图表通常是连续的、清晰的折点很明确的曲线，但实际的图表却，由于硬件记录或手工记录的原因，曲线不是标准曲线，面临以下识别困难(1)图像曲线并不是连续的，有经常的断点、重叠点、模糊点、污迹及抖动点，曲线有经常的抖动，对曲线的精确识别有很大的要求；(2)由于自记仪硬件原因，图像的一些结构特征不是很明显，折点是一个模糊的过渡型弧线，并且识别的数据的标准也不是标准值，而是以在标准值附近上下波动，对数据提取产生了困难；此外，由于图像的目标曲线的线宽是自记仪笔尖的宽度，相对于图像上的污迹噪声，图像线宽很小的，所以必须正确判断目标曲线并有效修正噪声。目前的轮廓提取方法有很多，包括Houph或Soble变换的方法、爬虫法和曲线拟合方法等等，但是采用传统的轮廓提取方法具有如下缺点(1)采用Hough或Soble变换的方法对于图像比较大的坐标纸进行处理，要对整个图像进行Hough或Soble变换，对内存的要求比较大，处理时间也比较长。另外，在进行Hough或Soble变换以前还要对图像进行除噪操作。但采用滤波方式或者会滤除很多有用的图像信息，或者不能起到滤波的效果。(2)采用爬虫法这种方法存在如下问题由于图像存在断点，则可能循环一周后，只找到了部分图像，而漏掉了大部分的数据；为了解决这些问题需要不断的产生新的起始点，重复进行轮廓的提取。会造成大部分时间的浪费。另外，采用Hough或Soble变换和采用爬虫法跟踪曲线轮廓都要对提取的图像信息进行细化。但细化的过程也会把有效的象素点滤除掉，产生不必要的断点。(3)采用曲线拟合的方法由于对于一些类似波浪形的曲线，采用曲线拟合以后会平滑掉每一个跳变的直角拐点，使图像数据发生变化，而对于类似波浪形的图形数据提取的关键点就是这些直角拐点的坐标位置，因此不能采用曲线拟合的方法处理。
技术实现思路
本专利技术提供一种适用于处理由自记仪记录于坐标纸上，且图像比较大，图形呈波浪形的图形，以提取曲线上相关数据的方法。专利技术的方法是首先对记录曲线的坐标纸进行扫描处理，得到曲线的图表数据，其特征在于根据图表数据的背景和目标图像的轮廓，利用二值化过程去除背景图表的轮廓，再对曲线进行中值平滑处理，然后以所得图表数据的底边起始位置为基准，以预先确定的取样长度单位为步长，逐段读取曲线上各段的纵座标值Y，同时将各长度位置X和与该长度位置相对应的函数值Y存入数据库中。本专利技术所采用的中值平滑处理最好采用五点数据的中值平滑处理。本专利技术在读取曲线上各点函数时，先根据曲线上第二点的函数与第一点函数的比较确定其单调性区间，在单调区间内，优先在单调方向上找寻曲线函数，如找不到再在单调方向的反方向找寻曲线函数。采用这一作法可以加快图形处理的速度，同时也可以减少差错。对于某些滚筒式电动自记仪的坐标纸，其上所以记录的数据是经过几何畸变的图像，而本专利技术提取数据时是以其底边长度为基准，如盲目计算会导致结果的失真。为避免这种情况，应对所得各数据采用后验校正法去除图形的畸变。例如采用以下的坐标转换方程进行曲线校正x1＝xy1＝y-(L-sqrt(L*L-sqr((y-L)*sinθ))式中L为圆弧的弦长，θ为圆弧的夹角。对于曲线图仅记载基线上某种状态的较为特殊的记录坐标纸上曲线的函数提取数据的方法可采用以下方法首先对记录曲线的坐标纸进行扫描处理，得到曲线的图表数据，再根据图表数据的背景和目标图像的轮廓，利用二值化过程去除背景图表的轮廓，再根据曲线大致确定基线的位置，再用最小二乘法确定基线，然后以所得图表数据的底边起始位置为基准，以预先确定的取样长度单位为步长，逐段读取曲线上各段的纵座标位于基线上下的状态，同时将各长度位置X和与该长度位置相对应的曲线上各段的纵座标位于基线上下的状态函数存入数据库中，其中位于曲线位于基线上方的点状态函数为正，位于曲线位于基线下方的点状态函数为负，处于曲线基线上的点状态函数为零。将按上所述方法取得的数据，以记录纸的长度位置为基准，分别将同一长度位置的各函数分别存入数据库，并建立检索关系，在确定一个具体的长度位置时，可读出在该长度位置处原曲线上的各函数数值和状态函数。对于一些更为特殊的数据曲线，可将按上所述方法取得的数据，以记录纸的长度位置为基准，先将各状态函数中非零的状态组合，形成状态组合函数，再分别将同一长度位置的各函数分别存入数据库，并建立检索关系，在确定一个具体的长度位置时，可读出在该长度位置处原曲线上的各函数数值和状态组合函数。本专利技术可以克服现有技术的不足，可以实现将记录于滚筒式电动自记仪的坐标纸上的曲线函数变为数值存入数据库中，便于进行数据的再处理，和研究工作。而且运用本专利技术的方法可以提取出曲线的特征，减小甚至完全克服失真，真实地反映曲线的原貌。附图说明图1为标准的自记纸风速记录图表。图2为实际的风速记录图表截取片断。图3为另一个实际的风速记录图表截取片断。图4为第三个实际的风速记录图表截取片断。图5气象风速风向自记纸数据提取数据的流程示意图。图6为图像的空间几何畸变以及其校正的过程示意图。图7为本专利技术提取风速曲线特征点过程图。图8为几种现有技术与本专利技术的方法中去除噪声，平滑处理后的效果对比。图9为由自记风向仪记录的数据图表截取图。图10为经本专利技术初步处理后的风向记录图表截取片断。图11为风向曲线采样点的搜索算法框图。图12经用本专利技术处理后的某日风速曲线截取图。图13为经用本专利技术处理后，且与图12同一段的风向曲线截取图。具体实施例方式本专利技术的一个实施例是处理用风向风速自记仪记录所得的风速、风向曲线，提取曲线上相应时间的风速、风向数据。图1是一个标准的自记纸风速记录图表的片断。图2至图4则是实际记录的图表。风速风向自记仪所横坐标记录的为各取样时刻，而其纵坐标记录的是风运行的距离。根据风速自记仪的设计，其记录笔仅是在风运行一固定的距离后(实际上是在风向标中的风杯转动过预设的转数后)产生一个跳变，而这一跳变的高度差即为风运行一个预定的距离(200m)。因此，根据图2至图4曲线中确定风速是按下式计算得到风速＝两个相邻取样时刻间风运行的距离(这一距离是预设固定的)÷两相邻取样时刻间的时间。由以上的计算可知，这里所得到的风速实际上是一个取样时刻内风的平均速度。在对风速图进行数据处理时需要提取的是每一时间的平均风速。图9为风向记录曲线图表截取的片断。从图9可看出所记录的风向曲线一共有四条风向基线，分别用于判定南/北、东北/西南、东/西、东南/西北，风向基线是指判定风向的参照线，具体时刻的风向是记录于基线的一侧，也就是说，这一函数是在给出的四个基准方向轴的两侧有某种状态的记录，例如判定南北风的基线，如果某一时间点的风向迹线位于此南北风向基线的上方，就代表是南风，位于此南北风向基线的下方，就代表是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从记录于坐标纸上的曲线函数提取数据的方法，首先对记录曲线的坐标纸进行扫描处理，得到曲线的图表数据，其特征在于：根据图表数据的背景和目标图像的轮廓，利用二值化过程去除背景图表的轮廓，再对曲线进行中值平滑处理，然后以所得图表数据的底边起始位置为基准，以预先确定的取样长度单位为步长，逐段读取曲线上各段的纵座标值Ｙ，同时将各长度位置Ｘ和与该长度位置相对应的函数值存入数据库中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：屈志毅，胡文超，张景春，陈旭辉，陈晓云，祝小妮，孔令旺，陆登荣，刘渝，薛万孝，王忠，周域，吴焕霞，
申请(专利权)人：兰州大学，甘肃省气象信息网络中心，
类型：发明
国别省市：62[中国|甘肃]