一种台风定位三维重建方法、系统、设备及计算机可读存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种台风定位三维重建方法、系统、设备及计算机可读存储介质，所述方法包括以下步骤：获取高分四号卫星数据；对高分四号卫星数据进行提取，以得到台风眼区域图像；对所述台风眼区域图像进行粗定位，以得到台风眼区域粗定位位置；根据所述台风眼区域粗定位位置进行创建三维模型；根据三维模型，对台风眼区域精确定位；验证台风眼区域精确定位是否正确。本发明专利技术能够进行台风眼区域三维重建，实现台风中心精确定位，以满足台风监测预警的需求。求。求。

【技术实现步骤摘要】
一种台风定位三维重建方法、系统、设备及计算机可读存储介质


[0001]本专利技术涉及台风定位
，尤其是涉及利用卫星进行台风定位的技术，具体地说，涉及一种台风定位三维重建方法、系统、设备及计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]我国是世界上受台风影响最大的国家之一。我国已将台风灾害列入影响国家公共安全的主要自然灾害之一，并明确提出要加强对台风监测预警关键技术的研究。提高台风中心位置监测水平对于改进台风分析预报精度、减少台风的灾害影响具有重要意义。
[0003]利用卫星进行台风定位具有不可替代的优势，但由于受时空分辨率等因素的影响，定位精度仍不能较好满足当前应用需求。高分四号卫星高时间分辨率相邻时次数据可近似视作同时间不同方位对台风观测的数据，具有丰富的立体空间信息。因此，如何利用高分四号卫星资料获取台风的立体空间信息并用于定位是高分资料应用的重要任务之一。
[0004]台风定位方法目前有：人工定位技术、Dvorak技术、数学形态法、螺旋分析法、风场分析法、模板匹配法及专家系统分析法等。用飞机、雷达测定热带气旋中心位置受多种条件和探测距离的限制，而卫星云图具有较高的分辨率，可以观测到台风全貌，因此更有利于确定其中心位置。虽然我国已建成静止气象卫星和极轨气象卫星两大系列的卫星综合监测体系，但目前基于卫星的台风定位主要使用单通道卫星云图，由于受分辨率、频段等影响，信息量不丰富，最终影响定位精度。
[0005]有鉴于此特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种台风定位三维重建方法、系统、设备及计算机可读存储介质，能够进行台风眼区域三维重建，实现台风中心精确定位，以满足台风监测预警的需求。
[0007]第一方面，为解决上述技术问题，本专利技术采用技术方案的基本构思是：
[0008]一种台风定位三维重建方法，所述方法包括以下步骤：
[0009]获取高分四号卫星数据；
[0010]对高分四号卫星数据进行提取，以得到台风眼区域图像；
[0011]对所述台风眼区域图像进行粗定位，以得到台风眼区域粗定位位置；
[0012]根据所述台风眼区域粗定位位置进行创建三维模型；
[0013]根据三维模型，对台风眼区域精确定位；
[0014]验证台风眼区域精确定位是否正确。
[0015]在上述任一方案中优选的实施例，所述获取高分四号卫星数据，包括：
[0016]读取相邻时次的高分四号卫星数据；
[0017]标注高分四号卫星图像中台风眼区域作为训练样本集。
[0018]在上述任一方案中优选的实施例，所述对高分四号卫星数据进行提取，以得到台风眼区域图像，包括：
[0019]计算图像中每个像素点(i,j)的局部二值模式LBP，具体计算公式如下：
[0020][0021]式中，r表示距离中心像素x
c
的半径，p表示距离r的近邻点数目，s(x)为符号函数，n为像元邻近点数目变量，取值范围为0～p
‑
1；
[0022]整幅图像的特征由所有像素的局部二值模式LBP直方图h表述，具体计算公式如下：
[0023][0024]式中，h为模式直方图，k为局部二值模式LBP的数目，范围为0≤k＜2
p
，其中r为半径，8r为半径周围的像素数目，M和N分别表示图像块高和宽。
[0025]在上述任一方案中优选的实施例，所述对所述台风眼区域图像进行粗定位，以得到台风眼区域粗定位位置，包括：
[0026]基于标注台风眼区域图像特征，训练粗定位分类器；
[0027]在待检测图像生，设定不同尺度滑动窗口，提取候选区域；
[0028]对每一个候选区域进行局部二值模式LBP的特征提取；
[0029]在待检测图像中基于多尺度滑动窗口方式搜索所有可能包含目标对象的子窗口；
[0030]通过滑动窗口与训练得到训练分类模型，从而得到该子窗口定位区域得分；
[0031]得分最高的子窗口便为台风眼区域粗定位位置。
[0032]在上述任一方案中优选的实施例，所述根据所述台风眼区域粗定位位置进行创建三维模型，包括：
[0033]构造一个小窗口；
[0034]用窗口覆盖左边的图像，选择出窗口覆盖区域内的所有像素点；
[0035]用窗口覆盖右边的图像，选择出窗口覆盖区域内的所有像素点；
[0036]左边覆盖区域减去右边覆盖区域，并求出图像序列中对应所有像素点差的平方和SSD，SSD具体计算公式如下：
[0037]式中，x为水平像素点，dy为垂直像素点，d为视差，I1(x,y)和I2(x,y)分别是左边覆盖区域图像和右边覆盖区域图像中的像素点，邻域大小为(2n+1)(2m+1)；
[0038]移动右边图像的窗口，在设定搜索范围内搜索SSD值最小的窗口，即找到了左边图像的最佳匹配的像素块；
[0039]通过立体匹配的视差信息计算每个像素的深度，深度具体计算公式如下：式中，Z为深度，B为相机视差，f为焦距，D为投影视差。
[0040]在上述任一方案中优选的实施例，所述根据三维模型，对台风眼区域精确定位，包
括：
[0041]给定两幅相邻粗定位图像中台风风眼区域，并标注最佳台风中心模板；
[0042]通过进行台风定位三维重建，计算图像深度信息；
[0043]对中心区域纹理特征实现局部二值模式特征编码；
[0044]联合深度信息和纹理特征描述最佳的台风中心匹配模板；
[0045]给定相邻序列的两幅粗台风风眼粗定位图像；
[0046]联合高分四号卫星图像的纹理特征和三维建模得到的深度信息；
[0047]定滑动窗口和滑动步长；
[0048]逐个将滑动窗口与最佳匹配模板比较，计算窗口区域得分；
[0049]得分最高的子窗口便为台风眼区域的精确位置。
[0050]在上述任一方案中优选的实施例，所述验证台风眼区域精确定位是否正确，包括：
[0051]采用目视分析法，通过人工观测和检测结果进行比较；
[0052]人工标注位置与卫星台风定位三维重建技术台风中心检测结果对比，得到误差，具体计算公式如下：误差＝|算法定位结果
‑
人工标注位置|，当误差小于0.2
°
时，则台风定位准确，满足业务要求。
[0053]第二方面，一种台风定位三维重建系统，包括：
[0054]获取模块，用于获取高分四号卫星数据；
[0055]提取模块，用于对高分四号卫星数据进行提取，以得到台风眼区域图像；
[0056]粗定位模块，用于对所述台风眼区域图像进行粗定位，以得到台风眼区域粗定位位置；
[0057]创建模块，用于根据所述台风眼区域粗定位位置进行创建三维模型；
[0058]精确定位模块，用于根据三维模型，对台本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种台风定位三维重建方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：获取高分四号卫星数据；对高分四号卫星数据进行提取，以得到台风眼区域图像；对所述台风眼区域图像进行粗定位，以得到台风眼区域粗定位位置；根据所述台风眼区域粗定位位置进行创建三维模型；根据三维模型，对台风眼区域精确定位；验证台风眼区域精确定位是否正确。2.根据权利要求1所述的台风定位三维重建方法，其特征在于，所述获取高分四号卫星数据，包括：读取相邻时次的高分四号卫星数据；标注高分四号卫星图像中台风眼区域作为训练样本集。3.根据权利要求2所述的台风定位三维重建方法，其特征在于：所述对高分四号卫星数据进行提取，以得到台风眼区域图像，包括：计算图像中每个像素点(i,j)的局部二值模式LBP，具体计算公式如下：式中，r表示距离中心像素x
c
的半径，p表示距离r的近邻点数目，s(x)为符号函数，n为像元邻近点数目变量，取值范围为0～p
‑
1；台风眼区域图像块的特征由所有像素的局部二值模式LBP直方图h表述，具体计算公式如下：式中，h为模式直方图，k为局部二值模式LBP的数目，范围为0≤k＜2
p
，其中，r为半径，8r为半径周围的像素数目，M和N分别表示图像块高和宽。4.根据权利要求3所述的台风定位三维重建方法，其特征在于：所述对所述台风眼区域图像进行粗定位，以得到台风眼区域粗定位位置，包括：基于标注台风眼区域图像特征，训练粗定位分类器；在待检测图像生，设定不同尺度滑动窗口，提取候选区域；对每一个候选区域进行局部二值模式LBP的特征提取；在待检测图像中基于多尺度滑动窗口方式搜索所有可能包含目标对象的子窗口；通过滑动窗口与训练得到训练分类模型，从而得到该子窗口定位区域得分；得分最高的子窗口便为台风眼区域粗定位位置。5.根据权利要求4所述的台风定位三维重建方法，其特征在于：所述根据所述台风眼区域粗定位位置进行创建三维模型，包括：构造一个小窗口；用窗口覆盖左边的图像，选择出窗口覆盖区域内的所有像素点；用窗口覆盖右边的图像，选择出窗口覆盖区域内的所有像素点；左边覆盖区域减去右边覆盖区域，并求出图像序列中对应所有像素点差的平方和SSD，
SSD具体计算公式如下：式中，x为水平像素点，dy为垂直像素点，d为视差，I1(x,y)和I2(x,y)分别是左边覆盖区域图像和右边...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃丹宇，杨昌军，杨军，
申请(专利权)人：国家卫星气象中心国家空间天气监测预警中心，
类型：发明
国别省市：