【数字图像处理】作业三 地理卫星云图处理

作业三 地理卫星云图处理

吴政亿 151220129 [email protected]

(南京大学 计算机科学与技术系, 南京 210093)

1 实验要求

对卫星云图进行处理，保留经纬线，剥离大陆线边界。允许应用所有matlab函数，尽可能的处理，最后实验评判由输出冗余点剔除率、目标像素点的保留率以及一个评分score来排序。

2 实验思路

2.1 图像分析

首先观察实验图像，实验图像是一个二值图像，并且观察image可以发现所有的经纬线都是严格按照八邻域连接的，并且经过边缘细化。

2.2 一次卷积

因此，我首先尝试通过卷积将这些边界线筛选出来，这样，我先设计了一个判断出长度为3的边界的卷积核（卷积和为0）:

kernel 1=⎡⎣⎢1111−21111⎤⎦⎥ k e r n e l   1 = [ 1 1 1 1 − 2 1 1 1 1 ]

应用这个卷积核对1.png进行处理得到的结果为

可以发现经纬线除了交汇点外，大陆线被清除为离散的点，部分的字并没有去除掉。分数如下:

score   =   1.1600e+04
score1  =   0.9931
score2  =   0.9991

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为了加上两点交汇的点，我对原图像再一次卷积判断出具有交汇处的点（卷积和为0），并加入其中，结果如下：

kernel 2=⎡⎣⎢1111−41111⎤⎦⎥ k e r n e l   2 = [ 1 1 1 1 − 4 1 1 1 1 ]

可以发现虽然交汇处的点被加入其中，但是大陆边界的线被割裂的较为离散，此时分数为:

score   =   1.1601e+04
score1  =   0.9931
score2  =   0.9992

可见此时分数相比上面上升了不少，但是我觉的这个效果反倒是下降了，所以分数并不是很好的评判标准。

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为了更好的去除大陆边界线，我将卷积核的大小由3*3变为5*5，卷积核如下：

kernel 3=⎡⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎢−1−1−1−1−1−1222−1−12−22−1−1222−1−1−1−1−1−1⎤⎦⎥⎥⎥⎥⎥⎥ k e r n e l   3 = [ − 1 − 1 − 1 − 1 − 1 − 1 2 2 2 − 1 − 1 2 − 2 2 − 1 − 1 2 2 2 − 1 − 1 − 1 − 1 − 1 − 1 ]

得到的结果如下：

score   =   1.1602e+04
score1  =   0.9931
score2  =   0.9992

直观感受，看起来在交界处去除的点相比与kernel1要多了4个，但是对与边界线的去除效果得到了加强。

2.3 多次卷积

根据卷积核的变化，可以发现效果较为相似，因此我增加了卷积的次数，由一次更改为两次，kernel1的结果如下：

score   =   1.1600e+04
score1  =   0.9931
score2  =   0.9991

在效果更佳明显的情况下，分数竟然没有变化。

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同样的，我们对kernel2进行二次卷积操作，效果同样明显并且保留的大陆线更多，但是由于kernel保留的数据较多，因此我进行了第三次卷积，结果如下：

score   =   1.1602e+04
score1  =   0.9931
score2  =   0.9992

在效果更佳明显的情况下，分数竟然没有变化。

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对kernel3进行二次卷积，实验结果如下：

score   =   1.1588e+04
score1  =   0.9931
score2  =   0.9980

可以发现，实验结果在保留了经纬线的情况下，进一步的剔除了大陆边界线，虽然评分有所降低，但是效果up。

2.4 对比总结

总的来说，进行多次卷积，可以将大陆线进一步的剔除，但是代价就是经纬线交汇处的缺口会越来越大。在对比总结之中，kernel1与kernel2配合的效果最佳，因为可以保证交汇了的经纬线不会有缺口。下图为各图经过3~4次卷积的结果，存在放./image下。卷积次数由imageprocessing_test.m中显示。

processed_image = my_imageprocessing(bw); % 卷积一次
processed_image = my_imageprocessing(processed_image); % 卷积二次
processed_image = my_imageprocessing(processed_image); % 卷积三次
processed_image = my_imageprocessing(processed_image); % 卷积四次

2.5 实验结果

3 实验体会

这次实验尝试了许多方法，从霍夫变换，到边界追踪（由于满足八连通，可以完整追踪下来，但是难以去除经纬线），到最后的卷积，发现我的方法越厉害，结果越辣鸡，最终选择九九归一，反而取得了不错的结果，本次实验由于不像前两次实验一样方向明确，费了不少时间精力，虽然我真的很像像群里说的打表一样（我从第二次实验就说想打表了嘤嘤嘤），但是考虑到报告没法写还是放弃了emmm，而且还要默默的抠图。