1 海装驻上海地区第二军事代表室, 上海 200129
2 中国电子科技集团公司第二十七研究所, 河南 郑州 450047
3 北京航空航天大学仪器与光电工程学院, 北京 100083
对动态不良天候成像图像去雾霾方法进行了研究, 提出了基于改进色彩同态滤波、基于物理模型暗通道快速实时图像去雾霾方法, 将算法应用于静止场景和含运动目标场景, 并对比分析了各算法运行和测试效果, 经验证, 所提出的方法图像增强后全局熵值(7.608 3)更小, 图像的不确定性低, 纹理更清晰, 且单帧处理平均耗时12.223 ms, 满足实时性运行要求, 为后续复杂气象环境下目标检测、识别奠定了基础。
雾霾动态天候 图像增强 改进的同态滤波 暗通道物理模型 算法测试 haze dynamic weather image enhancement improved homomorphic filtering dark channel physical model algorithm testing
1 陆军工程大学, 石家庄 050000
2 陆军步兵学院, 石家庄 050000
3 武警第一机动总队机动第六支队, 河北 保定 072000
针对山区范围内敌军雷达站的分布、洞库位置、交通补给线路等大目标的识别提出一种基于非局部先验的算法。首先在山区雾霾图像内采用对色彩的索引以求得聚类检测的雾霾线, 进而对雾霾线中像素的传输系数初始值进行估计, 最后, 采用最优化的算法对传输系数正则化处理, 得到无雾霾图像。
图像去雾霾 大目标识别 非局部先验 图像复原 山区 image dehazing large target recognition non-local prior image restoration mountainous area
1 西安工程大学电子信息学院, 陕西 西安 710048
2 2. Electrical & Computer Engineering Department, California State Univ, Northridge, CA 91330, USA
3 西安工程大学理学院, 陕西 西安 710048
在非直视无线紫外光通信中, 利用大气中的粒子对紫外光进行散射作用来传递信息, 非直视紫外光通信在近距离隐蔽通信中有广阔的应用前景。 雾霾粒子属于气溶胶范畴, 由空气中的灰尘、 硫化物、 有机碳氢化合物等粒子组成。 雾霾粒子的尺度、 浓度、 形状等因素均会对无线紫外光散射通信的传输特性产生较大的影响。 首先, 基于蒙特卡罗方法建立了非直视紫外光多次散射模型, 将霾粒子的半径和浓度这两个物理量引入该模型中, 通过模拟大量光子在雾霾条件下经多次散射到达接收端的概率, 进而仿真分析了系统路径损耗与粒子半径和浓度之间的关系。 结果表明, (1) 在无线紫外光近距离通信条件下, 雾霾浓度越大, 路径损耗越小, 系统通信性能越好; (2) 通信距离大于500 m时, 增加雾霾粒子浓度, 系统路径损耗总体先减小再增大; (3) 在粒子浓度一定情况下, 增大粒子半径, 路径损耗先减小后增大, 且随着通信距离的增大, 路径损耗极小值的位置不断向粒子半径小的一侧移动。 其次, 在模型中引入粒子尺度谱分布的概念, 对粒子尺度谱分布进行分割, 分别求出不同粒径及其所对应浓度。 假定粒子尺度谱分布中不同粒径的粒子依次对光子产生散射作用, 对相应光子到达接收端的概率求和, 得到光子到达接收端的总概率, 进而求得多种粒径的粒子共同存在情况下系统的路径损耗, 使仿真模型更加逼近实际大气信道中多种半径雾霾粒子共同存在的事实。 最后, 搭建实验平台, 分别在良好、 严重雾霾、 极严重雾霾三种不同天气条件下, 实验测量了系统路径损耗和通信距离、 收发仰角之间的关系, 并与考虑粒子尺度谱分布模型中计算得到的路径损耗进行对比, 实验数据与仿真结果趋势一致, 雾霾天气下的通信质量优于良好天气, 收发仰角越大对应的路径损耗也越大。
紫外光 雾霾粒子 粒子谱分布 路径损耗 Ultraviolet Haze particles Size distribution Path loss
1 西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
2 中国空空导弹研究院, 河南 洛阳 471009
基于典型雾霾粒子的消光、吸收、散射截面、不对称因子参量和粒径分布函数的分析, 运用蒙特卡罗方法研究了不同组分、不同混合方式的雾霾介质中波长 0.55 μm 激光的传输散射特性, 比较了典型污染物颗粒介质对光的透射率影响。研究表明, 同等浓度下, 硫酸铵介质对光的透射率最高, 碳溶胶介质的透射率最低, 且雾霾的透射率小于灰霾透射率。此外, 对不同混合状态簇团粒子组成介质的透射率比较分析表明, 典型污染物粒子外混合状态和内混合状态对光的衰减性几乎相同, 而雾霾介质中水组分的分布对光的透射率有明显的影响。
激光传输 雾霾 蒙特卡罗方法 分布函数 透射率 laser beam transmission haze Monte Carlo method distribution function transmittance 大气与环境光学学报
2021, 16(5): 373
武汉科技大学城市建设学院, 湖北 武汉 430065
为探究雾霾粒子吸湿性引起的散射吸湿增长特性,基于雾霾粒子湿度增长模型,利用Mie散射理论和多球T矩阵计算方法,详细研究了硫酸、硫酸铵、沙尘、硝酸铵以及碳质气溶胶5种典型雾霾粒子及其团簇在入射波长为532 nm、相对湿度在60%~95%范围内的散射吸湿增长特性。研究结果表明:对单一雾霾粒子,硫酸、硫酸铵以及硝酸铵这类二次水溶性无机粒子及其团簇的散射吸湿增长较突出,沙尘较为平缓,而碳质气溶胶则呈现抑制作用,同时,小粒径粒子的散射吸湿增长因子呈指数增长,而大粒径粒子则呈波动、负增长趋势;对于雾霾粒子的团簇,散射吸湿增长因子曲线整体增幅减小,粒子团簇的体积分数对散射吸湿的影响明显,随着体积分数的增加,散射吸湿增长因子曲线的波动频率增大,同时振幅减小,但整体呈现的吸湿增长还是由团簇粒子的粒径范围与成分决定,其中团簇粒径范围影响较大。这为探究雾霾粒子散射吸湿增长特性和研究大气污染提供了理论支持。
散射 雾霾粒子 Mie散射 多球T矩阵 散射吸湿增长因子 光学学报
2020, 40(24): 2429001
西北师范大学计算机科学与工程学院, 甘肃兰州 730070
传统的去雾霾方法会导致天空、白云和明亮区域内的颜色失真。为了解决以上问题, 提出了一种基于多尺度卷积神经网络和分类统计的去除图像雾霾的方法。首先用多尺度卷积神经网络估计图像的透射率, 其次对所估计的透射率进行分类统计以确定在暗通道内天空、白云和明亮区域的像素值, 最后通过低通高斯滤波器平滑图像场景的辐射度, 得到恢复的无雾霾图像。实验结果表明, 采用提出的方法对图像去雾霾后明亮区域内的颜色不会失真, 且保留了图像的自然外观, 对合成图像和真实图像均有较好的去雾霾效果。
图像处理 图像去雾霾 多尺度卷积神经网络 分类统计 透射率 image processing, image dehazing, multi-scale conv
1 西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 陕西 西安 710048
2 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室, 北京 100081
3 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室, 北京 100029
为解决雾霾天气条件下激光雷达探测温度高度偏低的难题,研究了一套数据拼接方法。该方法引入高分辨WRF(weather research and forecasting model)模式模拟温度,与激光雷达测温数据进行拼接,通过拟合区域选取、分析高度层确定、拼接数据校正、最佳拼接区域选取、拼接效果评估等关键技术设计,将雾霾天激光雷达探测数据高度由2 km向上拓展至整个对流层并到达平流层中低部区域,即20 km左右高度。对拼接结果的综合质量评估表明,激光雷达与模式数据拼接效果较好,拼接廓线与标准廓线的吻合度较高,且最大相对误差为1.5%。特别是在最佳拼接区域内,激光雷达数据与模式数据具有很高的拟合度。本方法利用模式数据与雷达数据的互补优势,实现了温度廓线大量层、高质量数据重构。本文拼接方法同样适用于其它复杂天气条件。
遥感 雾霾 激光雷达测温 模式温度 数据拼接
1 齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266001
2 中国气象局气象探测中心, 北京 100081
为了解雾霾天气条件下大气气溶胶的光学特性,利用多波长气溶胶激光雷达在北京海淀气象局的观测数据,反演得到了2017年11月4日至7日持续性雾霾期间大气气溶胶的消光系数、退偏振比和雾霾高度等参数,实现了在雾霾期间对大气的实时监测。结合探空资料数据获取的气象参数,并利用拉格朗日混合单粒子轨迹模式(HYSPLIT)分析了雾霾期间气团的路径来源和走向,分析得出,相对湿度增大、风速低以及逆温层的存在是雾霾形成和持续存在的重要因素。河北一带的污染物输送导致此次北京海淀区的雾霾形成,而西北风为污染物向上扩散消失提供了条件。
大气光学 多波长气溶胶激光雷达 雾霾 气溶胶光学特性 气象参数 后向轨迹追踪 激光与光电子学进展
2019, 56(24): 240101
中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
在单幅图像的条件下,为了能更快地实现雾天图像的复原, 且使其在雾天和霾天的状况下均能获得较好的复原效果,对基于暗原色先验的雾图还原方法和基于 人眼视觉理论的Retinex方法进行了结合和改进。对前者的大气光强度的估算进行改进,并对灰霾 天气状况下图像色彩进行矫正,使其对雾天和灰霾天气图像均适用。此外将暗原色先验理论中的透射率 估算进行简化,结合Retinex算法实现了雾霾图像的实时处理。经实验验证,该方法对道路监控等 应用场景下的雾霾图像处理有较好的效果,同时保证了处理的实时性。
图像处理 雾霾 暗原色先验 大气光强度 道路监控 image processing fog and haze dark channel prior atmospheric light intensity Retinex Retinex monitoring road
1 安徽师范大学地理与旅游学院, 安徽 芜湖 241003
2 资源环境与地理信息工程安徽省工程技术研究中心, 安徽 芜湖 241003
雾、霾粒子的组成成分不同,雾滴具有大粒子特性,霾的成分复杂,小粒子居多。偏振观测对小粒子具有很强的敏感性,基于该特性 利用矢量辐射传输模型(Vector linearized discrete ordinate radiative transfer, VLIDORT) 计算雾粒子和霾粒子的偏振辐射特性,模拟结果经公式计算可得到雾、霾粒子的偏振反射率。模拟结果表明: 在散射角125°～150°范围内,雾粒子和霾粒子的偏振反射率随散射角分布有明显不同的变化趋势。利用该偏振辐 射特性结合雾霾粒子的辐射特性,基于2008年3月11日的多角度偏振成像观测的卫星载荷 (Polarization and directionality of the earth’s reflectances, POLDER)数据对雾和霾进行区分。 将区分结果与中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution imaging spectroradiometer, MODIS)图像及地面站观测资料 进行对比,验证了算法的有效性。这对高分五号大气气溶胶多角度偏振探测仪(Directional polarimetric camera, DPC) 遥感数据的应用具有重要的参考价值和科学意义。
大气光学 雾霾粒子 矢量辐射传输 区分算法 atmospheric optics haze particles vector radiation transmission distinguishing algorithm 大气与环境光学学报
2019, 14(3): 221
