【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水文行业数据与图像处理领域，具体为基于图像处理技术，尤其是一种降水自记纸图片降水量数据自动提取方法。
技术介绍
1、水文资料是水旱灾害防御、水资源管理、水工程建设的重要依据。我国自19世纪40年代，开始采用标准雨量器观测积累降水量资料。建国至90年代期间，随着虹吸式自记雨量计的普及应用，水文测站降水量观测由人工分段制观测转变为雨量计连续自记观测，在规格统一的降水自记纸上记录每日降水量的变化过程，形成了大量水文档案记录。这些记录反映了特定区域降水量随时间的变化过程，在水文时空规律分析中具有重要价值。当前，大量降水自记资料经水文资料整编和自记纸扫描，以逐日降水量成果和图片记录形式保存。在暴雨、台风等极端天气的水文深度分析应用中，每场降水的过程资料尤为重要。然而这些降水自记纸图片中包含的过程降水量数据难以直接读取应用，如何将非结构化的图片形式数据转换为可直接应用的数字数据是亟需解决的问题。
2、目前，多数降水自记纸图片数据提取采用人工读取的方式，然而由于水文档案数量巨大，且不同应用对水文数据读取粒度要求多样，人工读取效率低。同时，降水自记纸图片实际情况较为复杂，图片统一的规律性不强，例如经常存在一张降水自记纸重复记录多日降水量数据，降水迹线因仪器问题颜色过淡甚至部分缺失、降水迹线因墨团、人为添加标注、仪器调试等污染等，因此需要采用信息化技术，构建一种高效、准确的自动化提取方法，读取降水自记图片中的过程降雨量数据。
3、经检索得知，可实际应用的降水自记纸图片降水量数据自动提取方法所见公开的极少。熊传
技术实现思路
1、专利技术目的：针对现有水文观测中对于降水自记仪器自动绘制的降水迹线图无法准确的识别降水量等问题，本专利技术提供一种降水自记纸图片降水量数据自动提取方法。
2、技术方案：一种降水自记纸图片降水量数据自动提取方法，所述方法应用于降水自记纸上由降水自记仪器添加的图像信息，还包括依据识别的降水迹线对监测地区各时间点降水量的计算，步骤包括：
3、s1、降水迹线识别：首先是基于典型降水迹线颜色特征识别降水迹线像素，包括对因与表格线、标注重合导致颜色变化的疑似降水迹线像素的识别，接着基于空间邻域特征消除图片中污染等因素的干扰，进一步识别降水迹线，最后将降水自记纸图片二值化处理，只显示黑色降水迹线；
4、s2、降水迹线提取：删除降水迹线中与降水量无关的无效迹线部分，根据降水迹线局部方向确定识别方向对降水迹线边界进行标记，然后根据降水迹线的单调性和连续性修复降水迹线存在的锯齿、空白；并且通计算修复完成后降水迹线的中心位置；
5、s3、表格线还原：通过在表格的边缘位置添加探针组，探测并确定表格的上、下、左、右边缘；基于降水自记纸中水平和垂直表格线均匀分布的排列规则，重建出降水迹线所在表格区域的表格线；
6、s4、降水量计算：对降水迹线的每个像素点，利用其在表格横轴上的位置计算此像素点代表的时间，利用其在表格纵轴上的位置计算此像素点代表的降水量。
7、进一步的，步骤s1具体如下：
8、s11、根据降水自记仪器绘制的降水自记纸图片，采集像素点，且确定不同颜色之间的色差值以识别降水迹线，且包括通过采集不同深浅的降水迹线以得到降水迹线的rgb颜色范围值；
9、s12、将降水迹线中部分像素点与表格网格线或降水自记仪器墨迹重合像素点的rgb与步骤s11已经得到的范围值进行比较，还包括依据迹线颜色确定r、g、b值中任意两者差值范围，然后据此判定疑似降水迹线的像素，接着基于空间领域确定疑似降水迹线的像素是否为降水迹线；
10、s13、对降水自记纸图片二值化，其中降水迹线为黑色，其他元素为白色；
11、s14、构造一个左右贯穿迹线区域的矩形窗口，让窗口自下而上遍历整个迹线区域，每次遍历时计算窗口区域内降水数据迹线在水平方向上的投影像素数量；若像素投影数量大于指定阈值，且其上方仍存在其他降水迹线，则判定窗口内存在水平无效数据线；
12、s15、删除无效降水迹线，但保留水平降水迹线与目标降水迹线交叉部分，矩形窗口从左到右遍历水平降水迹线下沿像素点，自下而上垂直探索像素点上方两倍窗口高度内是否存在足够的黑色像素点；若存在足够的黑色像素点，则判定该像素点为水平降水迹线与正常降水迹线交叉部分，保留该位置的水平数据线部分；如不存在足够的黑色像素点，则删除当前位置水平数据线上的黑色像素；
13、s16、从左向右扫描降水迹线，若降水迹线像素纵向位置下降超过降水迹线高度最大值的1/3，则疑似为翻折线位置；在此位置基础上，选择此位置之前的翻折线并将其在水平方向进行投影，若投影长度大于阈值，则说明降水迹线正确上升到最高点，即疑似位置确实是翻折线所在位置；
14、s17、对每条翻折线进行分段处理，分为上下两段，分别找到上、下端降水迹线与翻折线的分岔点，将分岔点之间的翻折线删除，以保留更多的降水迹线。
15、进一步的，步骤s2具体包括：
16、s21、识别降水迹线，对于倾向于垂直方向的迹线段，采用横向识别的方式识别边界；对于倾向于水平方向的迹线段，则采用纵向识别的方式识别边界；
17、s22、基于识别的降水迹线边界，根据降水迹线的单调性和连续性修复边界，包括根据降水迹线段的单调上升性修复降水迹线边界中后继像素纵向位置低于前驱像素的情况，还根据降水迹线的连续性，修复降水迹线中存在的空白；
18、s23、根据提取与修复的降水迹线上下边界，依据降水迹线的水平与垂直倾向，从纵向和横向计算降水迹线的中心位置。
19、更进一步的，步骤s22具体的计算如下：
20、将某段降水迹线边界视为直角坐标系中的函数y＝f(x),对于函数定义域内任意相邻两点x1、x2，若x1<x2，且在区间(x1,x2)内y＝f(x)无定义，即不符合函数具有连续性的性质，需要进行修复；
21、首先计算f(x2)和f(x1)的差值及x2和x1的差值：
22、
23、将δx和δy构成直角三角形的两条直角边，并根据三角函数计算出斜率：
24、
25、根据斜率计算出f(x)随x变化的变化量，将f(x)的变化量δf(x)与起始点f(x1)相加，得到最终的f(x)，起点和终点的f(x1)、f(x2)保持不变：
26、
27、进一步的，步骤s3具体包括：
28、s31、在表格上下边界选择n处探针基础位置，在每处探针基础位置附近使用m个探针探测表格线的上、下沿坐标；
29、获取表格的上沿坐标时，沿x正方向本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种降水自记纸图片降水量数据自动提取方法，所述方法应用于降水自记纸上由降水自记仪器添加的图像信息，还包括依据识别的降水迹线对监测地区各时间点降水量的计算，其特征在于，步骤包括：
2.根据权利要求1所述的降水自记纸图片降水量数据自动提取方法，其特征在于：步骤S1具体如下：
3.根据权利要求1所述的降水自记纸图片降水量数据自动提取方法，其特征在于：步骤S2具体包括：
4.根据权利要求3所述的降水自记纸图片降水量数据自动提取方法，其特征在于：步骤S22具体的计算如下：
5.根据权利要求1所述的降水自记纸图片降水量数据自动提取方法，其特征在于：步骤S3具体包括：
6.根据权利要求1所述的降水自记纸图片降水量数据自动提取方法，其特征在于：步骤S4的计算具体如下：
【技术特征摘要】
1.一种降水自记纸图片降水量数据自动提取方法，所述方法应用于降水自记纸上由降水自记仪器添加的图像信息，还包括依据识别的降水迹线对监测地区各时间点降水量的计算，其特征在于，步骤包括：
2.根据权利要求1所述的降水自记纸图片降水量数据自动提取方法，其特征在于：步骤s1具体如下：
3.根据权利要求1所述的降水自记纸图片降水量数据自动提取方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶海波，易文林，俞汇，韦浩，聂源，文啸，束冬，李琪，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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