[发明专利]一种基于图像处理的垂测电离图E区描迹自动判读方法

摘要

本发明提供一种基于图像处理的垂测电离图E区描迹自动判读方法，包括以下步骤：a.垂测电离图E区F区分割；b.E区候选描迹区域检测；c.非描迹区域排除；d.基于描迹扩散特点将描迹划分为4类：第一类是扩散程度比较小的E层、E2层、l型、f型、c型、h型、r型、k型、n型，第二类是扩散程度比较大的E层、E2层、l型、f型、c型、h型、r型、k型、n型，第三类是Es层a型、q型、s型，第四类是直线型描迹与s型描迹混合；e.对第三类描迹区域进行合并；f.分别对四类描迹进行类型识别与度量；g.获取E区参数；本发明方法全面考虑目前存在的所有类型的Es层描迹，是一种全面的电离图E描迹判识方法。

主权项

1.一种基于图像处理的垂测电离图E区描迹自动判读方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：a.垂测电离图E区F区分割；b.对E区候选描迹区域进行检测；c.非描迹区域排除；d.基于描迹扩散特点将描迹划分为4类：第一类是扩散程度比较小的E层、E2层、l型、f型、c型、h型、r型、k型、n型，第二类是扩散程度比较大的E层、E2层、l型、f型、c型、h型、r型、k型、n型，第三类是Es层a型、q型、s型，第四类是直线型描迹与s型描迹混合；e.对第三类描迹区域进行合并；f.分别对四类描迹进行类型识别与度量；g.获取E区参数；f步骤包含以下步骤：第一类描迹的判读：E区经常出现E层描迹和Es层描迹相连或两个Es层描迹之间距离很近的情况，这样会导致多层描迹信息被划分到同一个描迹区域内，为了对描迹进行精确的类型识别和度量，需要先对描迹进行细分，对描迹的细分结果进行描迹类型的识别与度量；第一步，对描迹进行基于虚高的描迹一次细分，对描迹区域进行二值化、形态学先膨胀后腐蚀处理后，找到描迹区域内的零区，检测到的零区有两种情况：一种是描迹的间断，另一种是两个在虚高上无交集的描迹之间的间隙；通过对零区上下两个描迹区域的三种特征N_nonzero、max(ρ_row)、来判断描迹区域是否需要基于虚高进行划分：如果上下描迹区域同时满足下面的条件：认为描迹需要基于虚高进行划分；如果不满足，则认为属于描迹间断故不需要基于虚高进行划分；对于需要划分的描迹区域，将零区的中线作为两个描迹的分割线，将细分后的两个描迹分别放在两个矩阵中；第二步，对第一步细分后的结果进行基于最高点的描迹二次细分，一次细分后的描迹可能会存在直线型和非直线型两种类型，非直线型描迹多数为E层与Es层c型、E层与Es层h型同时存在等情况，对于这些描迹需要基于最高点再进行二次细分，首先，需要进行直线型描迹判识：若检测到直线型描迹，则描迹细分结束；否则对其进行基于最高点的描迹二次细分，直线型描迹主要从以下两个步骤进行判识：1)对描迹区域进行形态学预处理、骨架化、曲线拟合和多项式求导；按0.1MHz的步长在频率轴上取点，统计这些点对应的导数绝对值小于0.1的个数占总个数的比例；如果比例大于0.8，该描迹为直线型描迹；2)利用像素分布特征对存在断裂的直线型描迹进行进一步判识，计算描迹的最大宽度W_max和ρ_row：直线型相对于其他型描迹宽度较小且max(ρ_row)接近1，如果描迹的W_max＜4或W_max＞0.9，该描迹为直线型描迹，否则为非直线型描迹；通过以上步骤，描迹可以分为直线型和非直线型；其次，对于非直线型描迹，进行基于最高点的描迹二次细分：查找描迹区域内的最高点，如果存在多个相同高度的最高点，就利用foE的经验值选择最高点；再对最高点左右两侧的总像素个数进行统计，如果最高点左右非零像素点个数都大于20，认为最高点左右两侧都有描迹，进而将描迹划分为左侧描迹和右侧描迹，将左侧描迹与右侧描迹分别放在两个矩阵中；第三步，对第二步中的描迹细分结果进行基于OX波分离的描迹三次细分：首先，对二次细分结果的单侧描迹的N_nonzero进行统计，如果N_nonnzero＜50，认为描迹短小且不存在OX分离的情况；对于N_nonzero≥50的描迹进行基于OX波分离的描迹三次细分；其次，对N_nonzero≥50的描迹，进行骨架化与连通区域查；对单侧描迹的骨架化结果进行连通区域查找，如果只有一个连通区域，无需进行OX波分离；如果存在大于一个连通区域的描迹，标记每个连通区域的左端最高点和右端最高点，把标记值为i的连通区域的左端最高点和右端最高点的位置信息用(x_l(i) y_l(i))、(x_r(i) y_r(i))表示；然后，连通区域选择性合并；对于标记值为p的连通区域，从标记值大于p的连通区域中查找距其最近的连通区域；判断这两个连通区域是否满足以下条件：左侧描迹条件为0.6MHz＜f_step|x_l(p)‑x_l(q)|＜0.8MH且|y_r(p)‑y_r(q)|≤3；右侧描迹条件为0.6MHz＜f_step[x_l(p)‑x_l(q)]＜0.8MH且|y_l(p)‑y_r(q)|≤3；如果不能满足以上条件，说明两个描迹连通区域非OX波分离的情况，对连通区域进行合并，即将标记值为p的连通区域重新标记为q；否则，不进行合并；按照上述步骤依次遍历每个连通区域；最后，根据骨架化后的连通区域选择性合并结果进行基于OX波分离的描迹三次细分；骨架化结果经连通区域选择性合并后，如果连通区域的个数为1，描迹为非OX波分离情况无需细分；如果连通区域的个数为2，对描迹进行基于OX波分离的描迹三次细分；如果连通区域的个数大于2，将连通区域中面积较小的连通区域作为描迹的毛刺去掉，只保留连通区域面积最大和次大的连通区域并进行细分；第四步，对第三步的描迹细分结果进行描迹类型的识别与度量：对于经过基于OX波分离描迹三次细分后输出为骨架化形式的描迹，采用描迹曲线拟合法进行描迹类型识别与度量；利用描迹曲线拟合法对描迹的度量和识别步骤如下：首先，确定描迹趋势：对描迹骨架化结果进行4次多项式拟合，对骨架化结果利用2*2的方阵算子用形态学先膨胀后腐蚀操作对描迹进行还原；其次，对还原描迹进行度量，定义一个代表还原描迹区域的位置信息的集合S，S＝{(x，y)}，其中x、y分别为描迹区域内一个像素点的横坐标、纵坐标，利用公式下面三个公式，计算描迹的最小频率f_min、最大频率f_max、描迹虚高h′_min；再根据虚高的位置、描迹趋势、频率信息及电离图时间结合电离图度量知识进行描迹类型判识；f_min＝f₀+min(x)*f_stepf_max＝f₀+max(x)*f_steph′_min＝h_step*(W‑max(y))第五步，对在第二步中直线型描迹判识过程中，检测到的直线型描迹利用进行端点位置分析法进行描迹二次判识与度量；对基于最高点的描迹二次细分中产生了N_nonzero＜50的短小型描迹，利用端点位置分析法进行描迹类型识别与度量；利用端点位置分析法对描迹进行判读的主要步骤：首先，确定描迹趋势：端点位置分析法主要利用描迹的左端最高点x_l，y_l、右端最高点x_r，y_r及描迹最高点x_m，y_m之间的关系，来确定描迹的趋势，如果y_r‑y₁≥4，描迹为下降型描迹，如果y₁‑y_r≥4，描迹为上升型描迹，如果|y_r‑y₁|＜4，同时1/2(y_r+y₁)‑y_m≥4时，描迹为中间凸起型描迹，如果|y_r‑y_l|＜4，同时1/2(y_r+y_l)‑y_m＜4时，描迹为直线型描迹，其次，描迹类型识别与度量：对于上升型、下降型、直线型描迹，利用下面公式计算描迹的f_min、f_max；把描迹放入集合S中，利用下面第三个公式可得h′_min，对于中间凸起型描迹，按最高点将描迹细分为两个描迹并对每个描迹进行度量，根据描迹趋势、虚高、频率信息及电离图时间结合电离图度量知识判断描迹类型；f_min＝f₀+X_l*f_stepf_max＝f₀+X_r*f_steph′_min＝h_step*(W‑max(y))第二类描迹的判读步骤和第一类描迹的判读步骤相同，需要对第一类描迹的判读算法中描迹预处理步骤中的膨胀腐蚀算子由2*2方阵改为4*4的方阵；第三类的判读步骤如下：第一步，检测s型描迹，确定描迹区域闭合边界，找到边界中每一列的中点，对所有中点利用4次多项式进行拟合，确定拟合曲线的两个端点；利用两个端点位置做描迹区域的中线，并计算中线的斜率；如果斜率大于0.15，就认为该描迹为s型描迹；第二步，根据描迹区域的长度l_area，对a型和q型描迹进行区分，如果l_area＜100，区域内描迹为a型；否则，描迹为q型；第三步，获取a型和q型描迹区域的左端点、右端点、对应的频率值作为描迹的f_min、f_max，把描迹区域的最低虚高作为该描迹的h′_min；第四类的判读步骤如下：第一步，将描迹区域单独放在一个矩阵中，按照行中线和列中线将描迹分为四块，然后将四块描迹区域中ρ_area＜0.1的描迹区域内像素值非零的点赋值为0；第二步，确定描迹区域每个非零行中从左到右第一个非零值所在的列值col(i)，从第一行开始比较第i行与第i+1行是否满足|col(i+1)‑col(i)|＜35，如果满足继续比较，直到不满足条件停止；不满足条件时，对应的行值i就是s型描迹与直线型描迹的分割线；第三步，对划分后的直线型描迹类型识别与度量；根据描迹的左端点、右端点对应的频率值作为描迹的f_min、f_max，同时描迹的最低非零行对应的虚高值，作为h′_min；根据描迹趋势、虚高、频率信息及电离图时间判断描迹类型。