一种基于频闪照片的雨滴检测算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于频闪照片的雨滴检测算法，包括雨滴检测算法和基于雨滴数据的谱分析算法。其中雨滴检测算法包括杂波滤除与图像锐化、目标检测与定位分析两个步骤。先通过杂波滤除和图像锐化，将原始照片处理为目标清晰、数据结构简单的图像数据。再通过边缘检测与定位分析等方法将图像中每一个雨滴的坐标位置、直径大小计算出来。谱分析算法包括雨滴目标关联和统计分析两个步骤。先通过关联分析将同一个雨滴的多个影像归为同一个点数据，再通过多张图片中大量雨滴数据的统计分析与聚类分析，获得雨滴谱数据。从而解决了背景、光照、灰尘等环境噪声的影响，以及易受风速、风向、降雨量大小等影响情况，雨滴直径及速度检测数据准确、可靠。可靠。可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种基于频闪照片的雨滴检测算法


[0001]本专利技术涉及气象监测
，特别是一种基于频闪照片的雨滴检测算法。

技术介绍

[0002]雨滴谱仪是一种常见的气象监测设备，传统的雨滴谱仪采用激光检测方法，具有一定的局限性。随着摄影装备与图像处理技术的发展和普及，基于图像处理的雨滴谱仪可以更加直观、精准地获得雨滴的图像，并通过图像处理及统计方法获得高效、精准的雨滴谱数据。一种基于图像处理的雨滴谱仪采用频闪照片作为数据采集与分析的基础，如何通过高效、精准的图像处理算法识别照片中的雨滴并对雨滴数据分析处理获得，是决定这种雨滴谱仪性能的关键。
[0003]目前基于图像处理的目标识别技术已经非常成熟并广泛应用于生产生活中。但应用到雨滴检测中存在很多特殊性。雨滴作为透明的物体，对其抓拍的照片，背景、光照、灰尘等环境噪声的影响很大；雨滴作为一种高速运动的目标，且受风速、风向、降雨量大小等情况的影响，对其抓拍的照片具有很大的随机性；采用频闪拍照的方式所获得的雨滴照片，每个雨滴都会留下多个影像；一般的图像处理算法没有同时考虑这些复杂情况，因此雨滴半径和雨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于频闪照片的雨滴检测算法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、拍摄雨滴图像：工业相机和频闪光源启动，频闪光源对进入雨滴测量孔中的雨滴进行频闪补光，并使进入雨滴测量孔中的雨滴在黑色背景板上进行成像；工业相机的远心镜头对黑色背景板上的成像进行拍摄，形成雨滴图像；步骤2、图像预处理，具体包括如下步骤：步骤2A、杂波滤除：将步骤1拍摄形成的雨滴图像进行杂波滤除；步骤2B、锐化处理：将步骤2A杂波滤除后的雨滴图像，进行二值化的锐化处理；步骤2C、建立二维坐标系：对步骤2B锐化处理后的雨滴图像，以左上角点为坐标原点o，以雨滴图像的顶边为x向，以雨滴图像的左侧边为y向，建立xoy的二维坐标系；二维坐标系中，雨滴图像的每个像素值的x向和y向长度均为1；步骤3、获取n段序列及m个影像点：从坐标原点o开始，按照从左至右、从上至下的顺序，对具有二维坐标系的雨滴图像中的像素值进行逐个扫描遍历一次，得到n段序列和第i段序列位置信息[i，(x
si
,y
si
)，(x
ei
,y
ei
)]；其中，1≤i≤n；(x
si
,y
si
)为第i段序列起始像素值对应的起始坐标；(x
ei
,y
ei
)为第i段序列起始像素值对应的结束坐标；其中，y
si
＝y
ei
；在获取n段序列的同时，进行影像点的建立，共得到m个影像点；每个影像点中的段序列需要满足：x向坐标有重叠，y向坐标为+1递增的关系；每个影像点中的所有段序列的起始和结束坐标构成对应影像点的轮廓；步骤4、获取每个影像点中心坐标及影像点直径：根据步骤3中得到的每个影像点的轮廓，计算每个影像点中心坐标及影像点直径；步骤5、获取雨滴的关联影像点：采用目标关联算法，遍历每个影像点中心坐标及对应影像点直径，将位于同一竖向直线、直径接近且等距的影像点相关联，作为同一个雨滴的关联影像点；每个雨滴的关联影像点需不少于3个；步骤6、计算雨滴直径：雨滴直径为对应雨滴所有关联影像点的平均直径；步骤7、计算雨滴下落速度V，具体计算公式为：V＝S f；其中，f为频闪光源的频闪频率；S为对应雨滴所有关联影像点的平均间距。2.根据权利要求1所述的基于频闪照片的雨滴检测算法，其特征在于：步骤3中，n段序列及m个影像点的获取方法，包括如下步骤：步骤31、像素值扫描遍历：从坐标原点o开始，按照从左至右、从上至下的顺序，对具有二维坐标系的雨滴图像中的像素值进行逐个扫描遍历；步骤32、获取第1段序列和第1影像点：在雨滴图像的第一行中，当第一次遇到像素值由0变成1时，此时的像素值1为第1段序列的起始像素值，并记录第1段序列起始像素值对应的起始坐标(x
s1
,y
s1
)；继续遍历，在雨滴图像的第一行中，当第一次遇到像素值由1变成0时，此时的像素值1为第1段序列的结束像素值，并记录第1段序列结束像素值对应的结束坐标(x
e1
,y
e1
)；故而，得到第1段序列位置信息[1，(x
s1
,y
s1
)，(x
e1
,y
e1
)]，并将第1段序列记录为第1影像点；步骤33、获取第2段序列和第2个影像点：第1段序列获取后，继续像素值遍历，在雨滴图像的第一行或第二行中，当遇到像素值由0变成1时，此时的像素值1为第2段序列的起始像素值，并记录第2段序列起始像素值对应的起始坐标(x
s2
,y
s2
)；继续遍历，在雨滴图像的同一行中，当遇到像素值由1变成0时，此时的像素值1为第2段序列的结束像素值，并记录第2
段序列结束像素值对应的结束坐标(x
e2
,y
e2
)；故而，得到第2段序列位置信息[2，(x
s2
,y
s2
)，(x
e2
,y
e2
)]；判断第2段序列是否属于第1影像点，判断方法为：当第2段序列的x向坐标(x
s2
,x
e2
)与第1段序列的x向坐标(x
s1
,x
e1
)有重叠，且y
s2
‑
y
s1
＝1时，第2段序列属于第1影像点，否则第2段序列记录为第2个影像点；步骤34、获取第i段序列和第j个影像点：第2段序列获取后，继续像素值遍历，在雨滴图像的某一行中，当遇到像素值由0变成1时，此时的像素值1为第i段序列的起始像素值，并记录第i段序列起始像素值对应的起始坐标(x
si
,y
si
)；其中，2≤i≤n；继续遍历，在雨滴图像的同一行中，当遇到像素值由1变成0时，此时的像素值1为第i段序列的结束像素值，并记录第i段序列结束像素值对应的结束坐标(x
ei
,y
ei
)；故而，得到第i段序列位置信息[i，(x
si
,y
si
)，(x
ei
,y
ei<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张杰，陆小虎，刘淑，徐喜东，
申请(专利权)人：中船重工鹏力南京大气海洋信息系统有限公司，
类型：发明
国别省市：