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原文传递航海雷达监测海面溢油方法与技术的研究

论文题名：	航海雷达监测海面溢油方法与技术的研究
关键词：	海面溢油;航海雷达监测;图像处理;低通滤波;二值化;傅里叶变换
摘要：	本文详细阐述了研究航海雷达进行海面溢油监测的目的与意义，着眼于雷达图像的正确处理。应用自主研发的航海雷达海洋溢油监测系统于2010年7月31日下午2:36至3:26在大连716溢油事故现场，针对港池外残留油膜区域进行图像采集。利用Image强大的图像分析与处理功能，对采集到的雷达图像进行处理，探求最佳的图像处理方法，并对该套系统的溢油监测准确性进行实验验证，以开发实时的溢油识别软件和监测系统，赶超国际先进水平。　　基于雷达工作原理、图像低通滤波原理、图像二值化处理、图像傅里叶变换等理论，按照航海雷达海洋溢油探测系统的设计使用要求，主要工作内容如下：　　一、对于航海雷达海洋溢油系统的使用进行了初步了解；针对航海雷达对海洋溢油监测的相关原理进行深入了解；学习了Image图像分析与处理软件的特点及使用方法。　　二、对该套海洋溢油监测系统进行多次调试，并于2010年7月31日下午2:36至3:26，应用该套系统在大连716溢油事故现场对海面残留油膜进行监测，图像采集速度约为每分钟28幅，采集到约900幅雷达图像。　　三、利用Image图像分析与处理软件，对采集到的近900幅图像进行处理，具体处理过程包括：　　 1、平均处理。以分钟为时间段，将每分钟内的约28幅图像进行平均处理，共得到31幅平均图像。平均处理对图像具有一定的平滑作用，使图像中物体轮廓更加清晰。　　 2、滤波处理。斑点噪声是雷达图像普遍存在的影响因素，结合溢油回波信号为弱信号，因此在滤波处理时采用低通滤波技术。在去除斑点噪声的同时，低通滤波还可以对图像进行平滑处理，进一步加强物体轮廓。　　 3、二值化处理。利用Image中的柱状图功能，分别对31幅平均处理后的图像的海面、油膜、港池、陆地和雨云（部分图像）的灰度值分布的统计特性进行测量，确定了符合本套系统的阈值S，这也是本文的一大创新技术。根据确定的阈值S对图像中的溢油区域进行二值化处理，得到了可以直观区分油膜与海面的图像，达到预期效果。　　 4、傅里叶变换。为探寻图像在空间频率域上处理，利用编制的傅里叶变换程序对图像进行滤波处理。通过对比发现，滤波方框边长设置为80个像素的时候，图像频率带宽与图像空间带宽相当，最后所得到的图像与经过空间处理得到的图像最相近，可达到相同的效果。　　航海雷达海洋溢油监测系统可以实现全天候、全天时、全自动对海洋溢油进行监测，与航天、航空监测相比，具有成本低、维护方便等优势。本文所研究的海洋溢油监测系统的图像处理效果已经达到国际先进水平，完全可以准确辨别油膜。但要实现整套程序的完全自动化、工程化，达到商业化的程度，还需要进一步的研究与发展。相信在不久之后，该套监测系统必将填补国内航海雷达监测海洋溢油领域自主研发设备的空白。
作者：	王子寅
专业：	环境科学与工程
导师：	邵秘华
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文