模板匹配技術(shù)分析在氣象圖像識(shí)別中的應(yīng)用——評(píng)《新一代天氣雷達(dá)圖像分析與應(yīng)用》

《新一代天氣雷達(dá)圖像分析與應(yīng)用》

作者：白愛(ài)娟

出版社：氣象出版社

ISBN：9787502968717

伴隨互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)科技的發(fā)展，大量數(shù)據(jù)信息開(kāi)始涌入人們?nèi)粘Ｉ钆c社會(huì)建設(shè)中，信息化時(shí)代也悄然而至。在此時(shí)代背景下，社會(huì)對(duì)于計(jì)算機(jī)處理技術(shù)的要求與標(biāo)準(zhǔn)也越來(lái)越高。圖像識(shí)別作為計(jì)算機(jī)處理技術(shù)的一種，人們對(duì)其應(yīng)用需求標(biāo)準(zhǔn)自然相應(yīng)地升高，如此一來(lái)，圖像識(shí)別與處理技術(shù)也得到長(zhǎng)足發(fā)展。近年來(lái)，隨著自然災(zāi)害發(fā)生頻率增高，人們對(duì)天氣氣象的監(jiān)測(cè)重視度提高，通過(guò)預(yù)測(cè)預(yù)防，盡可能降低災(zāi)害率。而圖像識(shí)別是人們監(jiān)測(cè)氣象狀況的重要技術(shù)之一，所以，本文將在分析模板匹配技術(shù)基本理論基礎(chǔ)上，結(jié)合白愛(ài)娟、程志剛編著的《新一代天氣雷達(dá)圖像分析與應(yīng)用》，進(jìn)一步探索推進(jìn)模板匹配技術(shù)應(yīng)用于氣象圖像識(shí)別的路徑，為提升氣象圖像識(shí)別工作效率貢獻(xiàn)微薄之力。

氣象出版社2019年4月出版的《新一代天氣雷達(dá)圖像分析與應(yīng)用》，基于新一代天氣雷達(dá)觀測(cè)，對(duì)雷達(dá)圖像識(shí)別進(jìn)行重點(diǎn)研究，全方位地介紹了天氣雷達(dá)在氣象分析和天氣預(yù)測(cè)中的應(yīng)用發(fā)展，內(nèi)容知識(shí)全面，針對(duì)性強(qiáng)，有助于引導(dǎo)人們?nèi)妗⑸顚哟蔚卣J(rèn)識(shí)天氣雷達(dá)圖像識(shí)別技術(shù)，是一本閱讀性強(qiáng)的教輔書(shū)籍。本書(shū)先是簡(jiǎn)要概述多普勒天氣雷達(dá)在中國(guó)的建設(shè)與實(shí)際應(yīng)用情況，讓讀者對(duì)新一代天氣雷達(dá)有充分了解；之后從新一代天氣雷達(dá)基本探測(cè)原理出發(fā)，研析多普勒雷達(dá)基數(shù)據(jù)與各物理量產(chǎn)品應(yīng)用于降水云與大氣流場(chǎng)的意義，使人們能快速理解新一代天氣雷達(dá)實(shí)質(zhì)作用；最后則是在敘述雷達(dá)監(jiān)測(cè)強(qiáng)對(duì)流天氣的應(yīng)用方法與技巧的同時(shí)，提煉出暴雨、雷暴、冰雹等強(qiáng)對(duì)流氣象的雷達(dá)回波特征，以此體現(xiàn)天氣雷達(dá)圖像識(shí)別特點(diǎn)，為人們研究模板匹配技術(shù)在氣象圖像中的應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

模板匹配技術(shù)運(yùn)行原理為，在匹配圖像上平行移動(dòng)模板圖像塊，使實(shí)際所形成圖像與模板圖像能實(shí)行匹配工作，從中識(shí)別出適配性最高的圖像，以滿足圖像識(shí)別需求。單從運(yùn)行原理來(lái)看，實(shí)施模板匹配技術(shù)的步驟十分簡(jiǎn)單，但在實(shí)際操作過(guò)程中，人們必須時(shí)刻注意現(xiàn)實(shí)圖像與模板圖像間的空間轉(zhuǎn)換，以降低圖像匹配難度，增強(qiáng)圖像匹配工作效率。鑒于此，人們?cè)趯⒛０迤ヅ浼夹g(shù)應(yīng)用于圖像識(shí)別中時(shí)，須嚴(yán)格遵守模板圖像與實(shí)際圖像空間轉(zhuǎn)換規(guī)律，從兩方面來(lái)完善圖像匹配環(huán)節(jié)中的不足：一方面，根據(jù)圖像特征形式的不同選擇匹配計(jì)算量。最低層次模板匹配是以圖像像素灰度值為計(jì)算對(duì)象，高層次匹配則是以圖像物理形狀、紋理以及顏色等特征為計(jì)算依據(jù)，因此，人們可以圖像特征層次的多少來(lái)降低或增加模板匹配計(jì)算量。另一方面，人們可在獲取精準(zhǔn)圖像匹配特征之后，以圖像實(shí)際特征情況為出發(fā)點(diǎn)，采用歸一化法實(shí)施相關(guān)性計(jì)算，提高圖像匹配問(wèn)題解決效率；同時(shí)，模板匹配計(jì)算過(guò)程中，人們也可根據(jù)特征層次不同采用基于歐式距離的計(jì)算方法與判斷方式。由運(yùn)行原理可知，模板匹配技術(shù)在圖像識(shí)別中的應(yīng)用具有重要現(xiàn)實(shí)意義，氣象研究工作者可借助該技術(shù)完善圖像識(shí)別系統(tǒng)，以便更加高效、精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)氣象變化。

氣象圖像識(shí)別是指，氣象監(jiān)測(cè)人員通過(guò)專業(yè)傳感器獲取原始圖像或是視頻信息前提下，對(duì)所獲取的信息進(jìn)行深層次提煉，得出目標(biāo)結(jié)果的一種識(shí)別技術(shù)。而從上述內(nèi)容來(lái)看，模板匹配技術(shù)又是執(zhí)行圖像識(shí)別主要應(yīng)用技術(shù)之一，且對(duì)提高氣象觀測(cè)質(zhì)量有不可忽視的作用與影響。所以，氣象研究領(lǐng)域可在條件允許情況下，參考以下路徑促進(jìn)模板匹配技術(shù)在氣象圖像識(shí)別中的應(yīng)用，助力發(fā)展精細(xì)化的氣象圖像識(shí)別系統(tǒng)：第一，氣象研究人員可利用遙感探測(cè)識(shí)別、雷達(dá)監(jiān)測(cè)等技術(shù)，收集氣象實(shí)景圖像與實(shí)況信息，達(dá)到不斷豐富圖像信息庫(kù)存量的目標(biāo)，并借助大量可用信息，完善氣象圖像識(shí)別資料體系的構(gòu)建，為模板匹配技術(shù)在氣象圖像識(shí)別中的應(yīng)用提供充足計(jì)算量，以提升氣象圖像識(shí)別工作準(zhǔn)確率；第二，對(duì)已獲得氣象信息進(jìn)行深入處理，獲取對(duì)應(yīng)特征值和計(jì)算量，且將之作為創(chuàng)建專業(yè)模型的理論、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，之后再基于模型訓(xùn)練對(duì)各氣象圖像進(jìn)行模板匹配計(jì)算，實(shí)現(xiàn)智能云識(shí)別目標(biāo)，縮短氣象圖像識(shí)別所需時(shí)長(zhǎng)。同時(shí)，模板匹配過(guò)程中，需全面研析各匹配算法的適用范圍與可行性，以所要計(jì)算圖像特征為中心擇取最佳匹配算法。第三，既要正視經(jīng)典模板匹配算法的重要性與可行性，使其匹配計(jì)算優(yōu)勢(shì)與作用能在氣象圖像識(shí)別中得到充分發(fā)揮；也要注重模板匹配技術(shù)的與時(shí)俱進(jìn)。因此，可通過(guò)建立現(xiàn)代化仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)推動(dòng)匹配算法的改進(jìn)，提高模板匹配計(jì)算的精度與速度，從而對(duì)系統(tǒng)中的氣象圖像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)樣本分類，加強(qiáng)氣象圖像預(yù)處理能力。

綜上所述，模板匹配技術(shù)不僅具有操作簡(jiǎn)單、計(jì)算量大的特點(diǎn)，還可在圖像變化幅度較小情況下保持高效圖像識(shí)別率。這意味著模板匹配在圖像識(shí)別與跟蹤目標(biāo)領(lǐng)域的應(yīng)用，有著無(wú)法替代的積極作用，負(fù)責(zé)氣象圖像識(shí)別處理工作的研究人員，可借助該技術(shù)來(lái)提升氣象圖像識(shí)別、處理水平。

（孫文鶴，哈爾濱商業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院）