模板匹配技術(shù)分析在氣象圖像識別中的應(yīng)用——評《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)信息開始涌入人們?nèi)粘Ｉ钆c社會建設(shè)中，信息化時代也悄然而至。在此時代背景下，社會對于計算機(jī)處理技術(shù)的要求與標(biāo)準(zhǔn)也越來越高。圖像識別作為計算機(jī)處理技術(shù)的一種，人們對其應(yīng)用需求標(biāo)準(zhǔn)自然相應(yīng)地升高，如此一來，圖像識別與處理技術(shù)也得到長足發(fā)展。近年來，隨著自然災(zāi)害發(fā)生頻率增高，人們對天氣氣象的監(jiān)測重視度提高，通過預(yù)測預(yù)防，盡可能降低災(zāi)害率。而圖像識別是人們監(jiān)測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)用于氣象圖像識別的路徑，為提升氣象圖像識別工作效率貢獻(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，對雷達(dá)圖像識別進(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)測中的應(yīng)用發(fā)展，內(nèi)容知識全面，針對性強(qiáng)，有助于引導(dǎo)人們?nèi)妗⑸顚哟蔚卣J(rèn)識天氣雷達(dá)圖像識別技術(shù)，是一本閱讀性強(qiáng)的教輔書籍。本書先是簡要概述多普勒天氣雷達(dá)在中國的建設(shè)與實際應(yīng)用情況，讓讀者對新一代天氣雷達(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的意義，使人們能快速理解新一代天氣雷達(dá)實質(zhì)作用；最后則是在敘述雷達(dá)監(jiān)測強(qiáng)對流天氣的應(yīng)用方法與技巧的同時，提煉出暴雨、雷暴、冰雹等強(qiáng)對流氣象的雷達(dá)回波特征，以此體現(xiàn)天氣雷達(dá)圖像識別特點(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模板圖像塊，使實際所形成圖像與模板圖像能實行匹配工作，從中識別出適配性最高的圖像，以滿足圖像識別需求。單從運(yùn)行原理來看，實施模板匹配技術(shù)的步驟十分簡單，但在實際操作過程中，人們必須時刻注意現(xiàn)實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，人們在將模板匹配技術(shù)應(yīng)用于圖像識別中時，須嚴(yán)格遵守模板圖像與實際圖像空間轉(zhuǎn)換規(guī)律，從兩方面來完善圖像匹配環(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算量。最低層次模板匹配是以圖像像素灰度值為計算對象，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算依據(jù)，因此，人們可以圖像特征層次的多少來降低或增加模板匹配計算量。另一方面，人們可在獲取精準(zhǔn)圖像匹配特征之后，以圖像實際特征情況為出發(fā)點(diǎn)，采用歸一化法實施相關(guān)性計算，提高圖像匹配問題解決效率；同時，模板匹配計算過程中，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)在圖像識別中的應(yīng)用具有重要現(xiàn)實意義，氣象研究工作者可借助該技術(shù)完善圖像識別系統(tǒng)，以便更加高效、精準(zhǔn)地監(jiān)測氣象變化。

氣象圖像識別是指，氣象監(jiān)測人員通過專業(yè)傳感器獲取原始圖像或是視頻信息前提下，對所獲取的信息進(jìn)行深層次提煉，得出目標(biāo)結(jié)果的一種識別技術(shù)。而從上述內(nèi)容來看，模板匹配技術(shù)又是執(zhí)行圖像識別主要應(yīng)用技術(shù)之一，且對提高氣象觀測質(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)在氣象圖像識別中的應(yīng)用，助力發(fā)展精細(xì)化的氣象圖像識別系統(tǒng)：第一，氣象研究人員可利用遙感探測識別、雷達(dá)監(jiān)測等技術(shù)，收集氣象實景圖像與實況信息，達(dá)到不斷豐富圖像信息庫存量的目標(biāo)，并借助大量可用信息，完善氣象圖像識別資料體系的構(gòu)建，為模板匹配技術(shù)在氣象圖像識別中的應(yīng)用提供充足計算量，以提升氣象圖像識別工作準(zhǔn)確率；第二，對已獲得氣象信息進(jìn)行深入處理，獲取對應(yīng)特征值和計算量，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)練對各氣象圖像進(jìn)行模板匹配計算，實現(xiàn)智能云識別目標(biāo)，縮短氣象圖像識別所需時長。同時，模板匹配過程中，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，使其匹配計算優(yōu)勢與作用能在氣象圖像識別中得到充分發(fā)揮；也要注重模板匹配技術(shù)的與時俱進(jìn)。因此，可通過建立現(xiàn)代化仿真實驗來推動匹配算法的改進(jìn)，提高模板匹配計算的精度與速度，從而對系統(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)不僅具有操作簡單、計算量大的特點(diǎn)，還可在圖像變化幅度較小情況下保持高效圖像識別率。這意味著模板匹配在圖像識別與跟蹤目標(biāo)領(lǐng)域的應(yīng)用，有著無法替代的積極作用，負(fù)責(zé)氣象圖像識別處理工作的研究人員，可借助該技術(shù)來提升氣象圖像識別、處理水平。

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