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文档简介

基于神经网络的云型初步识别 万霞 霍娟 吕达仁 中国科学院中层大气与全球环境探测重点实验室 主要内容 云探测的重要性 云型识别的方法 主要结论 一 云探测的重要性 云覆盖了地球表面一半以上的面积,它与太阳和陆地间的 相互辐射作用,影响局地和全球的水循环和能量平衡 空气运动可引起云型变化, 云型识别及云型变化的探 测对天气过程研究和天气 预报都有重要作用. 二 云型识别的方法 全天空可见光图像(ASI 图像) 云型识别的方法 矩形法(Supervised Parallelepiped technique ) (Josep Calbo,Jeff Sabburg,2006, 识别8种天气状况,60%) 神经网络法(Artificial Neural Network ) 反向传播算法 (Back- Propagation Algorithm) 应用领域广泛,实现各种复杂的功能 , 善于提取归纳潜在规律 图像大小:22721704 窗口大小:512512 高积云 (Ac) 卷状云 (Ci) 晴空 (Clear ) 积状云 (Cu) 层状云 (St) 图像采集时间: 2004年至2008 年; 图像采集地点: 羊八井,香河, 厦门等; 种云型图像的灰度直方图 灰度级 频 数 特征参量 纹纹 理 统统 计计 量 均值值(ME) 方差(SD) 平滑度(SM) , 直方图图偏斜度(TM) 峰度(FM) 谱谱能量拟拟合斜率(SI) 直线拟线拟 合斜率的模值值 云块块亮度均值值(TH) 神经网络法 神经网络是大脑认知活动的一种数学模型,重点在于模拟 和实现人的认知过程中的感知过程,形象思维,分布式记 忆和自学习过程等,特别是从一些相互关联的活动中自动 获取知识 种云型 的特征量 输 入 层 隐 层 初始权值 连接权值 输 出 层 c Ci Clear Cu St 监督学习规则, 修改权值 BP网络 识别过程 建立样本库(每一种云型挑选800 张图像存储) 图像预处理(滤波去噪,对比增强) 提取图像特征值(灰度,fft变换,共生矩阵) 初始化神经网络(设置初始权值,连接权值) 挑选合适的特征值作为神经网络的输入值 训练网络(不断调整权值) 网络仿真,输出识别结果 模式号云码码云型输输出码码 Ac高积积云 Ci卷云 Clear晴空 Cu积积云 St层层云 拒识识 矩形法 蓝-Ac,青-Clear,洋红-Ci,红-Cu,绿-St. 均值ME表示图像灰度值的分散程度 ;峰度FM表示了直方图的相对平坦性,即直 方图分布聚集于均值附近,还是接近两端的情况,进一步描述了图像中纹理灰度 的反差;SI为云图谱能量直线拟合后的斜率的模值. 矩形法 正确识别率约为30% . 神经网络法 晴空(Clear),层状云(St)正确识别率达90%以上 ; 高积云(

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