全天相機云圖去噪算法的研究?

高振斌，李夢慈，邱 波，陳建軍，曹子皇，宋 濤

(1.河北工業大學，天津 300401；2.中國科學院國家天文臺，北京 100101)

云圖是天文學、氣象學等學科的研究熱點。云的分布情況、云量大小和云的類型等均是大氣分析和天氣預報的重要因素，但噪聲對云圖分析造成干擾。云圖噪聲分為引入噪聲和固有噪聲兩類：(1)引入噪聲指云圖在傳輸、轉換和存儲過程中引入的干擾信息，該噪聲影響云圖的質量；(2)固有噪聲指云圖本身所含噪聲，固有噪聲會對云觀測和云圖分析造成干擾，使云圖平均灰度值變化或將噪聲部分誤判為云層等，影響分析的準確性。因此，對云圖進行去噪處理至關重要。目前，國內外針對云圖引入噪聲的研究較為廣泛。除傳統的高斯平滑[1]、九點濾波算法[2]、中值濾波法[3]、自適應濾波框[4]等方法外，文[5]采用流行的機器學習去噪算法進行云圖去噪，包括高斯混合模型[6]，過完備稀疏變換模型[7]，K-SVD[8]，超完備DCT字典[9]。文[10]提出了一種基于Tetrolet變換和偏微分方程、廣義交叉驗證的云圖去噪算法。這些改進算法使得去噪后的云圖具有較高的峰值信噪比，并且圖像邊緣清晰，細節完整。總體而言，引入噪聲去噪算法的研究較為成熟。本文主要研究云圖固有噪聲的去噪算法，下文所提噪聲均為云圖的固有噪聲。

全天相機云圖是通過全天空成像技術，通過全自動、全色彩天空成像系統，提供實時處理和顯示24小時的天空狀態。全天相機拍攝的云圖是角度自下而上、以天空為背景的云圖[11]，換言之，全天相機云圖是一種地基云圖，導致全天相機云圖的固有噪聲主要來自天空中的因素。……