[发明专利]一种雨滴识别方法

说明书

技术领域

本发明属于数字图像识别领域，具体涉及一种基于边缘梯度的雨滴 识别方法，用于自动识别雨滴图像中的雨滴目标并提取相关的雨滴信息。

背景技术

降雨观测是天气现象观测中的重要组成部分，在国民经济建设服务 中有着重要的作用，如防洪、抗旱、减灾、水利工程的设计、工农业生 产等，同时对气候变化特别是季风研究等许多方面有着重要的影响。

在降雨观测中很重要的一点就是要提取降雨所对应的雨滴谱，并进 而利用其对降雨特性如降雨量、降雨强度、降雨类型以及降雨微结构等 进行分析。雨滴谱是指在单位空间体积内，直径在D～D+Δd的雨滴的数 目，即单位体积内雨滴大小的分布，英文是Rain Drop Size Distribution(D SD)。

早在19世纪90年代，国外许多科研人员开始关注地面雨滴谱观测 方法的研究，在发表的论文中至少有5种关于测量雨滴尺寸和分布的方 法：动力学方法[Scheleusener P E.Drop Size Distribution and Energy of Falling Raindrops from a Medium Pressure Irrigation Sprinkler.Michigan State University，East Lansing，1967：45-48]、斑迹法[Hall M J.Use of the stain method in determining of the drop-size distribution of coarse liquid sprays.Trans ASAE，1970，13(1)：33-37]、面粉法[Kohl R A.Drop size distribution from medium-sized agricultural sprinklers.Trans ASAE，1974， 17(4)：690-693]、照相法[Roels J M.Personal Communication.Laboratory of Physical Geography，Geographical Institute，University of Utrecht， Netherlands，1981：127-136]和浸润法[McCooll D K.Personal Communication.USDA-ARS.Agricultural Engineering Department， Washington State University，Pullman，1982：67-82]。近来已有仪器在测雨 滴大小、形状的同时还可测到雨滴的落速。动力学方法仅适用于测量均 一滴谱，而不适用于谱宽较大的滴谱测量。斑迹法的理论基础是通过一 个较宽谱宽的标准滴谱来计算实际雨滴，其误差范围在6％～14％，相当 于0.037～37mg。面粉法的缺点是标准曲线会随着不同品质的面粉而产生 变化，需要随时订正。照相法是用一个单反照相机拍下雨滴图像进行人 工分析，这种方法是一种直接测量的方法，用于测量均一平面上水滴个 体的大小和形状，但要测量雨滴的谱分布，需同时取得众多数量的整个 滴群中的单个数据，人工分析的工作效率低并且有技术上的困难，这也 是制约其应用的主要技术瓶颈。浸润法的主要问题是下落速度太快的大 滴可以冲破表面张力而浸入液体中，这种方法主要用来校准用于测量均 一尺寸雨滴谱的仪器，而不能直接应用到自然降水的雨滴谱观测分析中。

由上述内容可见，在照相法中，需要人工分析雨滴图像是制约其实 用性和有效性的主要因素，如果能够自动识别雨滴图像中的雨滴目标并 提取相关的雨滴信息则能有效地解决这个问题，并进一步提高其准确性。