一种雷达图像的处理方法以及处理系统

1.本发明涉及雷达图像处理领域，具体而言，涉及一种雷达图像的处理方法以及处理系统。


背景技术：

2.普勒天气雷达，是一种主动遥感的探测工具，在测量云、降雨和各种强对流天气发生发展内在因素方面有重要的应用，其工作原理即以多普勒效应为基础，可以测定散射体相对于雷达的速度，在一定条件下反演出大气风场、气流垂直速度的分布以及湍流情况等。这对警戒强对流天气等具有重要意义。
3.天气雷达通过发射电磁波并接收探测空间反射的电磁波信号来探测云雨回波，在其探测波束范围内的任意目标物均会产生反射回波信号。当地面非气象目标造成的雷达回波信号被处理进入基数据时，就产生地物杂波。雷达在大气中的无云区,或在由不可能被探测到的很小粒子所组成的云区内探测到的回波称为晴空回波。当在傍晚或者雨后，可能会出现低空大气的温度低于高空大气的温度，而出现逆温，从而导致超折射产生，雷达上会出现地物杂波。如果有飞行物飞过，雷达会产生径向杂波。各种雷达杂波对基数据的进一步准确分析影响很大。由于全部雷达产品和算法是建立在基数据上的，所以雷达杂波既影响基本产品，也影响导出产品。特别敏感的例子是对定量降水估计的影响。
4.当雷达阵地确定后，在标准大气条件下，地物杂波的位置应当比较固定，边缘也比较清晰，用扣除晴天时记录下来的地物回波分量以及雷达信号处理器的滤波器是可以消除或抑制掉地物杂波的。但是，通常情况下，特别是在降水的情况下，大气并非标准大气，常常由于雷达波束随温度、湿度、气压等要素的变化产生折射，进而导致地物杂波的位置、形状、范围、强度等都发生很大的变化，难以用自动、快捷的方法消除或抑制掉地物杂波。
5.雷达数据质量控制是雷达定量降水估测(quantitative precipitation estimation，qpe)和数值预报模式(numerical weather prediction，nwp)的重要组成部分。通过使用适当的数据处理方法，针对雷达杂波进行去除，提高雷达观测资料的准确性，降低因雷达资料问题对雷达衍生数据算法和产品精度的影响，对地面实况降水信息的监测和预报工作有很强的实践意义。但是现有技术中并没有能够对雷达杂波进行去除的更好的方法。
6.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明公开了一种针对雷达图像的处理方法以及处理系统，利用雷达图像的时间维度属性，基于序列图像构造了该算法，提取图像的噪声特征并进行消除，能够得到更为良好的噪声去除效果。
8.具体地，本发明是通过以下技术方案实现的：
9.第一方面，本发明公开了一种雷达图像的处理方法，包括如下步骤：
10.将雷达图像按时间序列排序得到数据集；
11.对所述数据集中的相同位置之间的像素值变化率进行计算分析，以判断是否为噪声；
12.将判定为噪声的数据删除后返回降噪后的雷达图像；
13.按照时间序列顺序继续判断下一时刻图像，直到所述雷达图像全部更新完毕。
14.第二方面，本发明公开了一种雷达图像的处理系统，包括：
15.排序模块：用于将雷达图像按时间序列排序得到数据集；
16.判断模块：用于对所述数据集中的相同位置之间的像素值变化率进行计算分析，以判断是否为噪声；
17.返回模块：用于将判定为噪声的数据删除后返回降噪后的雷达图像；
18.更新模块：用于按照时间序列顺序继续判断下一时刻图像，直到所述雷达图像全部更新完毕。
19.第三方面，本发明公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如第一方面所述处理方法的步骤。
20.第四方面，本发明公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所述处理方法的步骤。
21.总之，本发明提出的雷达图像的处理方法以及处理系统，基于序列图像的算法，在数字图像处理的层面进行序列图像的降低噪声，具有良好的普适性、准确性，降低了人力消耗，克服了传统雷达回波图像降噪算法处理步骤繁琐、多种噪声无法同时处理等困难。
附图说明
22.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
23.图1为本发明实施例提供的雷达图像的处理方法的流程示意图；
24.图2为本发明实施例提供的序列图像雷达降噪算法的基本原理图；
25.图3为本发明实施例提供的雷达图像的处理系统的结构示意图；
26.图4为本发明实施例提供的一种计算机设备的流程示意图。
具体实施方式
27.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
28.在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
29.应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。
30.本发明公开了一种雷达图像的处理方法，包括如下步骤：
31.将雷达图像按时间序列排序得到数据集；
32.对所述数据集中的相同位置之间的像素值变化率进行计算分析，以判断是否为噪声；
33.将判定为噪声的数据删除后返回降噪后的雷达图像；
34.按照时间序列顺序继续判断下一时刻图像，直到所述雷达图像全部更新完毕。
35.参照图1所示，表示本发明实施例中具体的时间序列图像处理的雷达回波图像降噪算法的步骤流程图，具体原理图参见图2所示。在本实施例中，所述的基于时间序列图像处理的雷达回波图像降噪算法的具体步骤按照如下步骤进行实施：
36.步骤1，将从基数据读取出的雷达回波图像按时间序列排序：
37.读取雷达基数据后，生成的序列图像数据按照时间序列排序，得到序列雷达数据集p＝{p1,p2,...,pn}，其中，p下标越大其对应的时间越往后。
38.步骤2，对连续雷达图像数据相同位置像素值变化率进行计算分析：
39.选取排列好的序列雷达图像中的以t为中心的2k 1个图像进行像素值变化率分析，设t时刻的图像p
t
中像素坐标为(x,y)的像素为p
t(x,y)
，分析p
t
左侧p
t-k(x,y)
,p
t-k 1(x,y)
...
pt-1(x，y)
及右侧p
t-1(x，y)
...p
t k-1(x,y)
，p
t k(x,y)
与p
t(x,y)
之间的像素值组合变化率。
40.步骤3，通过像素值变化率判断是否为噪声：
41.计算p
t
左侧p
t-k(x,y)
,p
t-k 1(x,y)
...
pt-1(x，y)
及右侧p
t-1(x，y)
...p
t k-1(x,y)
，p
t k(x,y)
与p
t(x,y)
之间的像素值组合变化率为x
t
，当x
t
在短时间内剧烈变化或者长期几乎不变的时候判断其为径向噪声或者为晴空杂波与地物杂波。
42.步骤4，将步骤三判定为噪声数据删除后返回降噪后雷达图像：
43.通过x
t
的大小判断该像素点为噪声后，将p
t
左侧p
t-k(x,y)
,p
t-k 1(x,y)
...
pt-1(x，y)
及右侧p
t-1(x，y)
...p
t k-1(x,y)
，p
t k(x,y)
与p
t(x,y)
共2k 1张图片中对应的(x,y)点的像素值删除，并返回删除后图像。
44.步骤5，时间序列后移，重复进行步骤1到步骤4，继续判断下一时刻图像，直到所有雷达图像全部更新完成：
45.序列图像滤波算法从整个序列的t＝k 1时刻开始，t每次向右移动z个时刻，一直移动到当t k等与序列图像长度为止，即确定对整个序列完成了降噪操作。
46.总之，本发明专门针对雷达图像设计了一种基于时间序列图像处理的雷达回波图像降噪算法，通过分析序列图像的像素值变化率特征，来判别地物杂波、晴空杂波、径向杂波等雷达回波一般干扰物理量。本发明区别于传统雷达回波图像的降噪算法，在数字图像处理的层面进行序列图像的降低噪声，具有良好的普适性、准确性，克服了传统雷达回波图像降噪算法处理步骤繁琐、多种噪声无法同时处理等困难。
47.另外，本发明还提供了一种雷达图像的处理系统，如图3所示，具体包括：
48.排序模块101：用于将雷达图像按时间序列排序得到数据集；
49.判断模块102：用于对所述数据集中的相同位置之间的像素值变化率进行计算分析，以判断是否为噪声；
50.返回模块103：用于将判定为噪声的数据删除后返回降噪后的雷达图像；
51.更新模块104：用于按照时间序列顺序继续判断下一时刻图像，直到所述雷达图像全部更新完毕。
52.该系统主要由上述四个模块构成，通过该系统的搭建很好的解决图像的噪声问题。
53.具体实施时，以上各个模块可以作为独立的实体来实现，也可以进行任意组合，作为同一或若干个实体来实现，以上各个单元的具体实施可参见前面的方法实施例，在此不再赘述。
54.图4为本发明公开的一种计算机设备的结构示意图。参考图4所示，该计算机设备400，至少包括存储器402和处理器401；所述存储器402通过通信总线403和处理器连接，用于存储所述处理器401可执行的计算机指令，所述处理器401用于从所述存储器402读取计算机指令以实现上述任一实施例所述的计算服务处理方法的步骤。
55.对于上述装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本公开方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
56.适合于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、媒介和存储器设备，例如包括半导体存储器设备(例如eprom、eeprom和闪存设备)、磁盘(例如内部磁盘或可移动盘)、磁光盘以及cd rom和dvd-rom盘。处理器和存储器可由专用逻辑电路补充或并入专用逻辑电路中。
57.最后应说明的是：虽然本说明书包含许多具体实施细节，但是这些不应被解释为限制任何发明的范围或所要求保护的范围，而是主要用于描述特定发明的具体实施例的特征。本说明书内在多个实施例中描述的某些特征也可以在单个实施例中被组合实施。另一方面，在单个实施例中描述的各种特征也可以在多个实施例中分开实施或以任何合适的子组合来实施。此外，虽然特征可以如上所述在某些组合中起作用并且甚至最初如此要求保护，但是来自所要求保护的组合中的一个或多个特征在一些情况下可以从该组合中去除，并且所要求保护的组合可以指向子组合或子组合的变型。
58.类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应被理解为要求这些操作以所示的特定顺序执行或顺次执行、或者要求所有例示的操作被执行，以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施例中的各种系统模块和组件的分离不应被理解为在所有实施例中均需要这样的分离，并且应当理解，所描述的程序组件和系统通常可以一起集成在单个软件产品中，或者封装成多个软件产品。
59.由此，主题的特定实施例已被描述。其他实施例在所附权利要求书的范围以内。在某些情况下，权利要求书中记载的动作可以以不同的顺序执行并且仍实现期望的结果。此
外，附图中描绘的处理并非必需所示的特定顺序或顺次顺序，以实现期望的结果。在某些实现中，多任务和并行处理可能是有利的。
60.以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开保护的范围之内。