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专利号: 2023111208267
申请人: 淮阴工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-10-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种云团分类方法,其特征在于,包括:

(1)引入运动历史图像理论MHI,获取并更新运动历史图像,识别云图视频中的云层;

(2)使用云层特征点改进的MHI,实现不同云图的分类,分类结果包括晴空、局部有云和全部为云;

(3)将云图灰度化,然后引入灰度共存矩阵和逆差矩评价步骤(2)中云图局部有云和全部为云的分类结果是否准确,如准确,则利用逆差矩计算得到的值对云团进行分类;如不准确,执行步骤(4);

(4)更新局部增强的运动历史图像,重复步骤(2)至(3);

步骤(1)包括:

MHI通过帧间差分法得到t时刻与t‑1时刻图像帧位置(x,y)处的二值差分图,即运动历史图像D(x,y,t):其中,A(x,y,t)为二值差分距离,表达公式为A(x,y,t)=|B(x,y,t)‑B(x,y,t±Δ)|,B(x,y,t)是图像序列t时刻、坐标为(x,y)像素位置的强度值,Δ表示时间变化量;ξ为阈值,表示二值差分图生成时对场景变化的敏感程度;

MHI更新运动历史图像D(x,y,t):

其中,(x,y)为像素点坐标,t为时间,在地基云图的视频数据中表示视频的帧数;持续时间τ表示运动的时间范围;Hτ(x,y,t‑1)表示在t‑1时刻的运动的时间范围;δ是衰减参数;

通过不同时刻t的像素点坐标(x,y),实现对云图视频中云层的识别;

步骤(2)包括:

通过帧减法获得更新后的运动历史图像D(x,y,t),感知掩码M(x,y,t)由检测到云层特征时生成,表达式如下:其中,L是一组云层坐标;W表示围绕云层坐标的像素坐标;α为权重;dM(L,P)为曼哈顿距离;

云层坐标具有最高的权重,而其周围像素的权重较低,同时它们与相应云层坐标的距离成正比;通过计算云层坐标的权重值以及云层周围像素的权重值,对不同云图进行分类;

步骤(3)包括:

灰度共存矩阵公式为:

g(i,j)=#{f(x1,z1)=i,f(x2,z2)=j|(x1,x2),(x2,z2)∈M×N}  (4)其中,g为灰度共存矩阵,i,j为坐标索引;f为图像;(x1,z1)、(x2,z2)、(x1,x2)、(x2,z2)表示图像坐标点;M×N表示图像范围;

逆差矩公式为:

其中,IDM为逆差矩;

步骤(4)包括:

获取增强差分图像E(x,y,t),表达公式如下:E(x,y,t)=M(x,y,t)·D(x,y,t)  (6)对增强的差分图像进行二值化,更新运动历史图像D(x,y,t):更新运动历史图像MHI(x,y,t),得到新的运动历史图像:

2.根据权利要求1所述的云团分类方法,其特征在于,衰减参数δ取值为1。

3.根据权利要求1所述的云团分类方法,其特征在于,步骤(3)中,云团分类结果包括块状云、薄云、厚云、卷云和层云。

4.一种云演化趋势预测方法,其特征在于,包括:(1)根据权利要求1至3中任一项所述的云团分类方法,获取云团分类结果;

(2)构建能够捕获瞬态变化和实现运动趋势累计的MotionGRU单元;

(3)将MotionGRU单元嵌入现有GRU预测模型的层间,同时在层与层之间加入MotionHighway进行连接,得到增强GRU模型;

(4)利用增强GRU模型对云演化趋势进行预测。

5.根据权利要求4所述的云演化趋势预测方法,其特征在于,步骤(2)中,MotionGRU单元的设计过程如以下公式所示:其中,F′t表示当前的瞬态变量,Transient(·)是瞬态变化学习器, 表示运动滤波器从前一个时刻捕获到的瞬态变量, 表示最后一个预测单元的输入;t表示时间步长,l∈{1,…,L}表示当前层;L表示层级上限;

表示当前的趋势动量,Trend(·)是趋势动量更新器, 表示前一时刻的趋势动量;

表示每个像素位置在相邻状态之间的转换,为运动滤波器;

表示位置滤波器,Broadcast(·)是一种点乘运算,σ是sigmoid函数,Whm表示预测单元的权重值,*表示卷积算子;

H′t表示图像映射后的位置信息,⊙表示阿达玛乘积,Warp(·)表示图像映射;

gt表示更新门,W1×1表示输入权重,concat(·)表示连接操作,Dec(·)表示解码器,表示t时刻的坐标位置信息;

表示输出云层预测信息, 表示t‑1时刻的坐标位置信息。

6.根据权利要求5所述的云演化趋势预测方法,其特征在于,步骤(3)中,将MotionGRU单元嵌入现有GRU预测模型的层间,同时在层与层之间加入MotionHighway进行连接,得到增强GRU模型,公式如下所示:其中, 为t时刻l层的输入; 表示预测单元的隐藏状态; 表示t时刻的趋势累计量;

公式(18)表示MotionHighway,outt为预测单元的输出门。