[发明专利]一种基于粒子成像测速的自然降水粒子微物理特征测量方法

权利要求书

1.一种基于粒子成像测速的自然降水粒子微物理特征测量方法，其特征包括如下步骤：

（1）利用光源与面阵图像传感器正对设置，构成三维立体采样空间；

（2）在微处理器的控制下，利用快门和光源对降水粒子进行单帧双曝光，得到降水粒子的自相关图像；

（3）通过建立降水粒子图像灰度与尺度的定标关系，根据降水粒子图像计算降水粒子的水平尺度和垂直尺度；

（4）利用降水粒子图像灰度阈值检测和二值化处理，获得降水粒子的形状、轴比、取向信息；

（5）采用基于两次降水粒子图像灰度跟踪的自相关速度提取算法，计算得到逐个降水粒子的水平和垂直运动速度；

（6）基于降水粒子的速度和尺度对应关系，结合粒子图像的形状特征，判断降水粒子的相态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：用散焦和运动模糊相结合的点扩散函数对粒子图像进行复原和增强；利用轮廓与灰度相结合的图像处理与特征提取方法，得到降水粒子的形状、尺度、轴比、取向等信息；利用基于粒子灰度跟踪的自相关速度提取算法计算得到降水粒子的水平运动速度和垂直运动速度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：图像传感器以每秒50±25帧的扫描频率连续采集穿过采样空间内的降水粒子瞬态图像。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在微处理器的控制下，利用快门和光源对降水粒子进行自适应单帧双曝光即两次曝光得到两次图像，快门的每次曝光时间不大于10μs，得到降水粒子的自相关图像。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于：两次曝光之间的间隔时间根据不同类型的降水粒子进行自适应调整，介于1ms～3ms之间，保证在视场内降水粒子的两次完整曝光。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：利用时间积分得到降水粒子的形状、速度、尺度、轴比、取向和相态微物理特征的谱分布。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：背景图像实时检测时：将三维立体采样空间的图像作为背景图像，利用图像传感器连续获取降水粒子的单帧双曝光图像即连续曝光的自相关图像，将图像与背景图像差分后得到降水粒子的有效图像。

8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于：非降水粒子的消除：对每一帧图像进行连续时序跟踪，如果在连续的下一帧或下几帧（如第二帧即第二次曝光的图像）内发现在相同位置有相同大小的降水粒子图像，则认为是沾在镜头上的降水粒子，作为噪声或飞点排除掉。