基于m语言处理闪电放电通道亮度增强及轮廓提取中的应用

论文总字数：18484字

目 录

1 引言……………………………………………………………………1

2 闪电形成机制…………………………………………………………2

3 闪电通道的探测………………………………………………………2

4 图像处理………………………………………………………………3

4.1 图像预处理……………………………………………………………………………3

4.2 亮度增强………………………………………………………………………………4

4.3 轮廓提取………………………………………………………………………………8

4.4 形态学图像处理………………………………………………………………………14

5 结论………………………………………………………………… 15

参考文献……………………………………………………………… 17

附录…………………………………………………………………… 18

致谢…………………………………………………………………… 22

基于m语言处理闪电放电通道亮度增强及轮廓提取的运用

徐培睿

， China

Abstract: This article is based on the function of digital image processing of matlab, and it deals with the lightning channel, which is mainly used in brightness enhancement and contour extraction. By preprocessing the lightning image, it lays the foundation for brightness enhancement, and then facilitates the extraction of the lightning tunnel profile. Finally, the contour is optimized through morphological processing methods. Using the specific functions and methods in matlab to enhance the brightness of the image and outline the extraction process, such as multiplication function, watershed algorithm, etc., analyze and compare the results of the processing, and then get the appropriateness and advantages and disadvantages of various methods for lightning channel processing. Through image processing, a more accurate lightning channel image is obtained, which plays a supporting role in the study of lightning channel shape, lightning energy, partial strong electric strength, and simulation.

Keywords: Lightning channel; brightness enhancement; contour extraction; image processing.

1 引言

闪电是生活中常见的一种天气现象。当对流性天气系统演化到一定的程度时，会产生闪电，闪电产生的过程是大气中动力过程与微物理过程演进的一部分，同时，强对流的变化发展和闪电过程之间具有非常强的关联性。在对流环境之中，不稳定气团逐渐抬升，从而形成了雷暴云，雷暴云形成的同时，会出现非常强烈的上升与下沉气流。雷暴云中不同相态的水成物粒子由于运动速度的不同，不断发生碰并、分离并伴随着电荷的转移，从而使雷暴云内不同的水成物粒子携带不同极性的电荷，形成不同电荷区并最终导致闪电的发生。^[1]一般情况下发生的闪电多是线性闪电，通常表现为白色、粉红色、淡蓝色这三种颜色。线性闪电的形态好似倒悬的蜿蜒河流，又好似种在空中的大树，这种闪电多为云地闪；其次是片状闪电，一般称作闷雷，外在看起来是天空中有一整片的闪光，从内在角度来看，其实是云间或云体个体部分之间所生成的强放电现象；最为少见的是球状闪电，俗称为滚地雷。

闪电通道，即为闪电放电时的路径，闪电从发生到结束之间包含着许多物理和化学过程，这些过程都是在闪电通道之中进行的，对于闪电通道特征的研究，我们有许多因素去考量，包括半径、速度、电流等方面。闪电通道的电流情况，往往体现在其发光情况之上，不管从强度大小，还是发展特征都具有着很强的关联性，所以通过对闪电通道的亮度、形态、演变方式和路径进行研究分析，可以得出闪电发生过程中电流随时间变化的情况，由此，能够对闪电仿真模拟起到帮助的作用。当今时代，科学技术的发展速度飞快，高速摄像的性能也越来越强，从而能够取得更加清晰的闪电通道光学图像，更甚是高清晰度、高帧数的闪电放电过程。然而，由于闪电放电时，通道过于明亮，相比于背景来说，梯度比较多，从而会忽略掉很多较弱的闪电通道分支，造成疏漏，同时，由于环境中存在各种脉冲干扰，闪电通道图像上会出现椒盐噪声，所以，对闪电通道图像进行处理是必不可少的。

图像处理技术是基于计算机软件的处理功能。图像的分类方式有很多种，通常对于图像处理方式来说，会将彩色图像和黑白图像作区分处理，对于闪电通道光学图像的处理，我们一般用二值图像和灰度图像的处理方法进行。图像是我们直观所见的光点集合，如果由计算机对其进行识别，需要将图像转化成其他的形式，主要是用像素来表示的。本文主要对图像进行亮度增强与轮廓提取处理。亮度增强主要目的是为了将图像中目标信息进行增强，以方便后续的处理，因为图像处理过程中，往往会因为图像的亮度过于暗淡而导致难于处理，同时对亮度的增强，能更有效分辨出干扰信息，方便进行去除或者减弱的处理。在图像增强处理中，通常会使用通过对对比度处理的方法进行增强，直方图均衡即为一种方法。通过函数得到原始图像的直方图，再通过函数处理将此直方图变成均匀型，从而增强了图像对比度的效果。^【2】图像处理的各种方法息息相关，一个图像的处理往往要运用到很多步骤，很多方法，不同的环境，不同的对象，有不同的适应性，需要通过实践去找出合适的方法。

本文所采用的软件为MATLAB，其所属于美国MathWorks公司，是为大众用来进行图像处理和数值计算的常用工具。MATLAB能够支持多种格式的图像处理，其功能强大，使用方便简洁，对于闪电通道图像的处理很有优势，能够对图像的亮度、清晰度、通道的轮廓等有精准的处理能力。

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