模板匹配技術分析在氣象圖像識別中的應用——評《新一代天氣雷達圖像分析與應用》

模板匹配技術分析在氣象圖像識別中的應用——評《新一代天氣雷達圖像分析與應用》

《新一代天氣雷達圖像分析與應用》

作者：白愛娟

出版社：氣象出版社

ISBN：9787502968717

伴隨互聯網信息技術科技的發展，大量數據信息開始涌入人們日常生活與社會建設中，信息化時代也悄然而至。在此時代背景下，社會對于計算機處理技術的要求與標準也越來越高。圖像識別作為計算機處理技術的一種，人們對其應用需求標準自然相應地升高，如此一來，圖像識別與處理技術也得到長足發展。近年來，隨著自然災害發生頻率增高，人們對天氣氣象的監測重視度提高，通過預測預防，盡可能降低災害率。而圖像識別是人們監測氣象狀況的重要技術之一，所以，本文將在分析模板匹配技術基本理論基礎上，結合白愛娟、程志剛編著的《新一代天氣雷達圖像分析與應用》，進一步探索推進模板匹配技術應用于氣象圖像識別的路徑，為提升氣象圖像識別工作效率貢獻微薄之力。

氣象出版社2019年4月出版的《新一代天氣雷達圖像分析與應用》，基于新一代天氣雷達觀測，對雷達圖像識別進行重點研究，全方位地介紹了天氣雷達在氣象分析和天氣預測中的應用發展，內容知識全面，針對性強，有助于引導人們全面、深層次地認識天氣雷達圖像識別技術，是一本閱讀性強的教輔書籍。本書先是簡要概述多普勒天氣雷達在中國的建設與實際應用情況，讓讀者對新一代天氣雷達有充分了解；之后從新一代天氣雷達基本探測原理出發，研析多普勒雷達基數據與各物理量產品應用于降水云與大氣流場的意義，使人們能快速理解新一代天氣雷達實質作用；最后則是在敘述雷達監測強對流天氣的應用方法與技巧的同時，提煉出暴雨、雷暴、冰雹等強對流氣象的雷達回波特征，以此體現天氣雷達圖像識別特點，為人們研究模板匹配技術在氣象圖像中的應用奠定理論基礎。

模板匹配技術運行原理為，在匹配圖像上平行移動模板圖像塊，使實際所形成圖像與模板圖像能實行匹配工作，從中識別出適配性最高的圖像，以滿足圖像識別需求。單從運行原理來看，實施模板匹配技術的步驟十分簡單，但在實際操作過程中，人們必須時刻注意現實圖像與模板圖像間的空間轉換，以降低圖像匹配難度，增強圖像匹配工作效率。鑒于此，人們在將模板匹配技術應用于圖像識別中時，須嚴格遵守模板圖像與實際圖像空間轉換規律，從兩方面來完善圖像匹配環節中的不足：一方面，根據圖像特征形式的不同選擇匹配計算量。最低層次模板匹配是以圖像像素灰度值為計算對象，高層次匹配則是以圖像物理形狀、紋理以及顏色等特征為計算依據，因此，人們可以圖像特征層次的多少來降低或增加模板匹配計算量。另一方面，人們可在獲取精準圖像匹配特征之后，以圖像實際特征情況為出發點，采用歸一化法實施相關性計算，提高圖像匹配問題解決效率；同時，模板匹配計算過程中，人們也可根據特征層次不同采用基于歐式距離的計算方法與判斷方式。由運行原理可知，模板匹配技術在圖像識別中的應用具有重要現實意義，氣象研究工作者可借助該技術完善圖像識別系統，以便更加高效、精準地監測氣象變化。

氣象圖像識別是指，氣象監測人員通過專業傳感器獲取原始圖像或是視頻信息前提下，對所獲取的信息進行深層次提煉，得出目標結果的一種識別技術。而從上述內容來看，模板匹配技術又是執行圖像識別主要應用技術之一，且對提高氣象觀測質量有不可忽視的作用與影響。所以，氣象研究領域可在條件允許情況下，參考以下路徑促進模板匹配技術在氣象圖像識別中的應用，助力發展精細化的氣象圖像識別系統：第一，氣象研究人員可利用遙感探測識別、雷達監測等技術，收集氣象實景圖像與實況信息，達到不斷豐富圖像信息庫存量的目標，并借助大量可用信息，完善氣象圖像識別資料體系的構建，為模板匹配技術在氣象圖像識別中的應用提供充足計算量，以提升氣象圖像識別工作準確率；第二，對已獲得氣象信息進行深入處理，獲取對應特征值和計算量，且將之作為創建專業模型的理論、數據基礎，之后再基于模型訓練對各氣象圖像進行模板匹配計算，實現智能云識別目標，縮短氣象圖像識別所需時長。同時，模板匹配過程中，需全面研析各匹配算法的適用范圍與可行性，以所要計算圖像特征為中心擇取最佳匹配算法。第三，既要正視經典模板匹配算法的重要性與可行性，使其匹配計算優勢與作用能在氣象圖像識別中得到充分發揮；也要注重模板匹配技術的與時俱進。因此，可通過建立現代化仿真實驗來推動匹配算法的改進，提高模板匹配計算的精度與速度，從而對系統中的氣象圖像進行標準樣本分類，加強氣象圖像預處理能力。

綜上所述，模板匹配技術不僅具有操作簡單、計算量大的特點，還可在圖像變化幅度較小情況下保持高效圖像識別率。這意味著模板匹配在圖像識別與跟蹤目標領域的應用，有著無法替代的積極作用，負責氣象圖像識別處理工作的研究人員，可借助該技術來提升氣象圖像識別、處理水平。

（孫文鶴，哈爾濱商業大學計算機與信息工程學院）