[发明专利]一种基于卫星云图的风矢场实时度量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于卫星云图的风矢场的较强实时性高效度量方法，属于图像处理和运动估计领域。

背景技术

卫星云图在掌握大气环流、中长期天气预报以及灾害性天气学的研究中有重要作用。它由地球同步卫星上的红外探测仪探测地球上空的温度数据再转换成灰度数据制作而成。云迹风对全球天气和台风分析以及提供数值预初始风场资料都是十分重要的。云迹风目前已成为一种重要的卫星产品。它可以作为陆地观测网常规风测量的补充资料，在海洋、高原、沙漠等测站稀少或无测站地区，它是主要或唯一的风信息源。云迹风资料已经广范应用于台风、暴雨和洪涝灾害、中尺度天气分析等天气学研究，国内学者也明确指出，云迹风能清楚生动地显示天气系统发展变化的细节，在数值天气分析和预报中具有广泛应用前景，对暴雨落区分析及预测、台风范围以及热带气旋移向预报等方面有重要的指示意义。

目前，运动估计技术已经成为数字图像处理领域中一个十分重要的组成部分。科学工作者们已经提出很多种视频运动估计算法，例如贝叶斯方法、像素递归法、光流法和块匹配法等等。块匹配法简单有效，符合图像处理的实时性要求，需要的计算量也相对较小。其中，自适应十字搜索ARPS(adaptive rood pattern search)算法相对于全搜索算法能够大大提高运动估计的效率，并在估计质量上保持了一定的精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于卫星云图的风矢场实时度量方法，用以解决现有模型计算复杂，软硬件实现困难，实时性不强，搜索算法效率不高等问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种基于卫星云图的风矢场实时度量方法，所述风矢场实时度量方法的具体实现过程为：

步骤一、卫星探测数据预处理，将探测到的地球温度数据转换为灰度数据，再将灰度数据转换为经纬度数据，然后将经纬度数据转换为图像坐标，把卫星云图数据以图像形式显示出来；

步骤二、对比三个连续时间的卫星云图，通过块匹配(利用SAD匹配准则进行匹配)以后，根据实时性需求选择不同的搜索方法，确定风矢场经纬度和方向；

步骤三、综合数据预处理和搜索结果，进一步得到每个风矢的灰度，温度及其所在等压面；

步骤四、最终通过观察风矢场在卫星云图上的位置，大小和方向及其所在等压面可以观测大气环流和中长期天气预报。

在步骤一中，将灰度数据转换为经纬度数据时，以卫星和地心连线作为x轴，以北极所指方向为z轴，根据右手螺旋定则，建立y轴；设地球为理想椭球，卫星探测数据文件均为2288×2288的灰度值矩阵，矩阵的每个元素都对应地球上或地球外的一个探测点(或称采样点)；卫星的星下点在东经86.5度，北纬0度，星下点对应的矩阵元素位于矩阵的第1145行和第1145列相交处。

在步骤二中确定风矢场经纬度和方向的具体过程为：

步骤二(1)、对比三个连续时段卫星云图：

取连续三幅静止云图，求解中间时刻云图风矢量，以前一个时刻为参考图像，以后一个时刻为校正图像；匹配块的大小为16×16，搜索区域为64×64，保证每个像素点都能够被搜索到，且没有重复；扫描时每次将模板平移1个像素位置与搜索区进行求和绝对误差匹配；

步骤二(2)、块匹配运动估计，利用SAD匹配准则来进行：

求和绝对误差：