基于研究导向型模式的“计算机视觉”课程教学探索

文章首先分析了“计算机视觉”课程教学现状,然后论述了基于研究导向型模式的“计算机视觉”课程教学实践,最后阐述了基于研究导向型模式的“计算机视觉”课程教学成效。

CCD曝光变化在能见度反演过程中的作用研究

气象能见度一直与我们的生活密切相关。目前在气象领域,能见度主要还是以人工观测为主,由于影响能见度的因子较多,人工观测不可避免存在主观性误差,所以随着天气现象自动观测技术的发展,能见度自动观测技术(能见度器测技术)的重要性越来越大。本文的研究平台是一种新型透射式能见度仪,又称为双反射透射式能见度仪,该能见度仪使用CCD(charge coupled device)作为图像采集部件,采集光源在空气中传播后的光斑图像,从而算出空气消光系数,最终反演出气象能见度。本文研究CCD曝光变化在能见度反演过程中的作用,主要研究工业相机快门与图像灰度间的关系。通过实验验证快门与灰度之间的线性关系,从而确定在双反射透射式能见度仪在使用过程中的快门调节并不影响能见度的反演结果。通过室内CCD曝光实验以及室外的新型能见度仪与前散能见度仪的对比实验,验证了该新型能见度仪能见度反演算法的有效性。

以黑体为目标的能见度参考标准试验研究

黑体为目标的能见度测量是从科西米德定律出发,通过工业相机对黑体目标物进行拍摄,建立黑体和背景天空的数学模型,求得能见度。分析表明:当能见度小于30 km,黑体黑度和CCD(change-coupled device)工业相机的面非均匀性对该方法测得的能见度造成的误差约为3.7%。该方法与前向散射能见度仪测量进行对比,能见度变化趋势上具有一致性;但在高能见度时,黑体能见度测量值大于前向散射能见度测量值,低能见度时,黑体测量值小于前向散射能见度测量值。

阵列天气雷达设计与初步实现

阵列天气雷达是分布式、高度协同的相控阵天气雷达。阵列天气雷达至少包括3个相控阵收发子阵(简称收发子阵),通过增加收发子阵而扩大探测区域。每3个相邻的收发子阵一组协同扫描,保证3个相邻收发子阵在同一个空间点的数据时差小于2 s,从而保证径向速度合成正确的流场。采用相控阵多波束扫描技术,4个发射波束和64个接收波束覆盖0°～90°仰角,机械扫描覆盖360°方位,整个体扫时间为12 s,为多普勒天气雷达整个体扫时间的1/30。阵列天气雷达通过金属球进行了强度、波束宽度、方位、仰角的定标。阵列天气雷达在长沙机场布设试验,成功获取了精细的风场和回波强度数据,可为更精细、更完整揭示小尺度天气系统变化规律提供新工具。

一种基于改进BTS的多类非平衡分类的集成学习方法

提出一种适用于多类不平衡数据的集成学习方法,以解决多类样本分布不均衡问题.首先,利用合成少类样本的过采样技术(Synthetic Minority Over-sampling Technique,SMOTE)得到一组类别平衡的训练集.然后,对每个训练集采用二叉树支持向量机(SVM of Binary Tree,BTS)进行训练,最后,采用Bagging进行集成.通过5组UCI测试数据表明该算法在Gmean参数上比SMOTEBagging算法提高2.55%.

长沙机场阵列天气雷达地物识别算法

地物杂波是影响雷达产品准确性的重要因素。该文提出了一种改进的基于模糊逻辑的阵列天气雷达地物识别算法。在Kessinger模糊逻辑基础上,加入回波强度时间变化量(time variability of reflectivity factor,TVR)参数,利用收集到的雷达数据统计出各输入参数的概率分布,确定隶属函数;分析TVR参数对地物识别算法的贡献,并在不同天气情况下进行识别算法有效性验证。试验结果表明:加入TVR参数,长沙机场阵列天气雷达地物识别准确率最大可提高4%,降水识别误判率最多可降低2%。该文提出的地物杂波识别算法,无降水时,地物识别准确率达96%;有降水时,地物识别准确率达92%;降水回波误判为地物杂波的误判率约为10%,能较好地区分降水回波和地物杂波。

长沙机场阵列天气雷达风场验证

利用2019年4-9月高时空分辨率的长沙机场阵列天气雷达资料开展三维变分(three-dimensional variational data assimilation,3DVAR)风场反演研究。为验证该算法的反演效果,选取外场试验中10次降水过程,在阵列天气雷达的三维精细探测区内,采用阵列天气雷达合成风场和1部L波段边界层风廓线雷达产品作为参考值对阵列反演风场进行验证评估。结果表明:在稳定性降水条件下,阵列反演风场与阵列合成风场、风廓线雷达产品的结果较为一致;在对流性降水条件下,由于不均匀性会造成风廓线测风精度下降,风廓线雷达产品与阵列反演风场和阵列合成风场差异较大。阵列反演风场与阵列合成风场在稳定性、对流性降水条件下水平风速相对偏差分别低于19%,29%,水平风向差分别低于14.92°,26.35°,稳定性降水条件下阵列反演风场更优,误差在可接受范围内。两种算法得到的风场结构符合各类天气系统的基本特征,水平风场空间分布和风速、风向非常接近。

阵列天气雷达高分辨率强度场融合方法研究

阵列天气雷达是一种具有高时空分辨率的新型天气雷达,采用分布式相控阵技术探测强对流天气的精细化流场和强度场,为小尺度强对流天气研究提供了新技术及工具。文章提出一种高分辨率强度场融合方法:计算每个方位向和仰角方向分辨率扩展系数,依次对强度值进行填充;将极坐标形式强度值转换成笛卡尔坐标;对多个收发子阵强度值进行融合。利用模拟雷达探测来定性及定量地评价高分辨率强度场融合结果,验证了融合方法的有效性。通过分析了一次真实降水个例,证明了本文得到的100 m分辨率的强度场融合资料具有更为精细完整的回波结构。

改进的基于图像边缘的能见度反演方法

针对现有的基于图像边缘的能见度计算方法效果不理想的问题,提出一种改进的基于图像边缘检测求能见度的方法。相对于原有的方法,该方法首先选取目标图像并用sift算法对其进行模板匹配,然后利用离散Shearlet变换提取边缘特征,再将这些特征和前向散射式能见度仪测量的数据进行线性拟合,建立它们之间的关系式,从而求出能见度。实验结果表明,该算法相对于sobel算法和小波变换算法,相对误差减少了2.761%和1.607%,计算的准确性和有效性明显得到改善。

同源双光路能见度仪的光斑提取算法研究

同源双光路能见度仪是一种基于数字摄像法的能见度仪,光斑提取算法是其能见度反演算法中的关键环节之一。从光斑成像的物理原理出发,提出了两种光斑提取算法。实验证明,即使没有图像预处理和数据后处理,其结果也和Vaisala LT31的结果具有很好的一致性。在确定上述两种方法中涉及的参数时,引入加权均方误差参量作为确定参数时的代价函数,该参量相对于其他参量有更好的效果,同时本参量还可以作为评价能见度结果的辅助指标。

基于阵列天气雷达的下击暴流回波演变分析

基于长沙黄花机场阵列天气雷达高时空分辨率探测资料和机场区域4个自动气象站逐分钟降水观测资料,对2018年5月20日与8月1日发生在机场附近的2次对流过程的回波特征演变进行分析,并利用单位面积等效势能分别对2次天气过程进行分析。结果表明:阵列天气雷达可为短时强降水过程的研究提供精细数据。2018年8月1日为一次短时强对流过程,近地面无明显辐合辐散现象,单位面积等效势能的释放比远小于30%,未形成明显下沉气流。2018年5月20日的对流过程产生了一次局地下沉气流,地面最大风速11.6 m·s^-1,单位面积等效势能释放比大于30%;风暴体在0℃层附近开始发展,单体间的碰并增长形成了新风暴并加速了新风暴的发展;回波的中层径向辐合和近地面辐散特征与地面自动气象站风速风向变化时间一致;自动气象站的露点温度与气压的升高,对风暴体的下沉气流有一定指示作用;利用单位面积等效势能释放比指标,阵列天气雷达可在地面风速达最大前13 min给出预警信息,提高对短时小尺度天气系统例如下击暴流的监测预警能力。

跨洋环境下民航飞机网络通信路由算法研究

由于现代航空业的迅速扩展,空中交通情况变得越来越复杂,需要更先进的现代航空通信技术来确保航行的安全和效率。因此,提出了航空自组网(aeronautical Ad Hoc network,AANET)的概念。该技术成功地将移动自组网和航空飞行器有效结合,使各飞行器能够共享空中获取的信息和地面指挥控制信息。该技术可以使民航的空中交通管理变得更高效、可靠。可以为跨洋航班提供通信服务,保证飞机在飞行过程中始终保持与互联网的连接,随时为乘客提供Wi Fi服务。该技术也可应用到军用飞机的编队飞行过程,通过多机间的自组网通信,有利于多机协调,完成各种复杂战术配合。本文针对复杂的民航通信环境,对路由协议AODV和OLSR的适用性进行了仿真评估。仿真结果表明,AODV的时延抖动性要低于OLSR,表明AODV的网络稳定性要好于OLSR。

基于TIE和加速角谱迭代算法的二维相位恢复

在Gerchberg-Saxton(GS)算法的基础上,引入光强传播方程法(TIE)和加速角谱迭代算法,提出了基于TIE的加速角谱迭代算法,实现了更加精准快速的相位恢复。该算法通过3个面的光强(一个输入面,两个输出面)进行相位恢复,首先通过光强传播方程得到初始的相位,进而使用加速角谱迭代算法进行进一步的迭代恢复相位。通过数值仿真得出,该算法在二维图像相位恢复过程中更加精准快速,抗噪性更强。在可恢复相位的控制范围内,迭代40次即可趋于稳定,均方根(RMS)误差可控制在10-6数量级。

基于积分球光源的能见度测量系统设计及实现

同源双光路能见度仪是一种基于数字摄像法的能见度仪,其光源和光路系统会直接影响能见度的反演结果。针对系统中因光源和分光系统不稳定造成的反演误差,以积分球光源作为同源双光路能见度仪的改进光源,采用远近反射端对积分球光源进行分光,提取相机拍摄到的远近光斑并代入Koschmieder公式求解。试验结果表明:积分球光源与LED光源相比,减小了5%的均匀性误差。在不同能见度条件下,将基于积分球光源的能见度测量系统与LT-31透射式能见度仪、VPF-730散射式能见度仪进行场外比对试验,结果表明,基于积分球光源的能见度测量系统的均方根相对偏差和相对平均偏差都远小于20%,符合世界气象组织对能见度仪测量准确度的误差要求。

能见度仪的背景光消除设计

同源双光路能见度仪是一种基于数字摄像法的能见度仪。通过CCD传感器获取的光源亮度是光斑提取算法及能见度反演模型的重要组成部分,而背景光噪声严重影响能见度反演准确性。针对复杂背景光干扰下能见度反演出现的较大误差,运用幅度调制方法重新设计调制光源,并对CCD采集的图片进行解调,以有效消除背景光。实验结果表明:光源幅度调制方法能有效去除背景光,并可消除随机噪声和相机暗电流噪声;当调制点数范围为32~128时,图像去噪效果较好,去噪后光斑图像峰值信噪比大于30;在上述调制点范围内,点数越大,峰值信噪比越大,则均方根误差越小。调制点数范围为32~128时,所提方法能显著提高能见度反演精度。