[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

为客服现有方法中所存在的问题，本发明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。

本发明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Δt_i＝t_i-t_i-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；