基于视频分析的雨量计设计
发布时间：2021-09-09 09:09
降水是一种常见的天气现象,降水事件与人们的生产、生活密切相关。目前人们对降水量的监测多数还使用的是机械式雨量计,而机械式雨量计普遍存在体积大、机械结构复杂、不易安装的问题。针对这一状况,本文设计出了一种体积小、机械结构简单、实时监测性更高的雨量计,使用图像采集的方法,通过分析降水图像得到降水量。本文设计了基于视频分析的雨量计的整体结构和主控电路板,避免降水粒子与主要元器件接触使其腐蚀损坏。主控电路板包括核心控制电路、环境检测模块、图像采集模块和无线通信模块。系统检测降水粒子与环境能见度,控制图像采集模块的工作,最后通过无线通信模块将数据发送至上位机端显示。主控芯片选取基于ARM内核的STM32F429,将摄像头采集到的图像通过DMA传输暂存在SDRAM中,由主控芯片读取SDRAM中的图像数据进行处理。首先对图像进行预处理,使用图像去噪、图像增强等方法消除图像中的噪声并增强降水粒子与背景间的对比度。然后将图像二值化,分割图像来突出降水粒子的轮廓。针对图像中发生的雨线倾斜的情况,利用霍夫变换检测图像中的雨线并得到雨线的倾斜角,旋转修正图像使雨线竖直向下。最后通过连通域检测和差值法得到降水粒...
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
翻斗式雨量计称重式雨量计由承水器、储水筒、称重台及外壳组成，承水器汇集降水进入储水筒
南京信息工程大学硕士学位论文2次，通过翻转利用安装在计数翻斗上的磁钢扫描干簧管，使其触点开关闭合一次，输出一个单位降水量的脉冲信号。干簧管提供的脉冲信号可以由记录器直接采集，通过数据处理得出降水量、降水时间及降水强度。图1-1翻斗式雨量计称重式雨量计由承水器、储水筒、称重台及外壳组成，承水器汇集降水进入储水筒中，储水筒置于称重台上，通过称重传感器连续记录储水筒中雨水的重量来测得降水量。相比于翻斗式雨量计，称重式雨量计能检测固态降水（雪、冰雹）时的降水量。图1-2称重式雨量计随着光学技术的不断发展，光学雨量计开始问世。通过构造出降水粒子瞬时的二维或三维图像，分析并处理降水图像来得到实时的降水量。现阶段的光学式雨量计主要采用的是光学散射技术和图像采集技术[7]。
南京信息工程大学硕士学位论文4并逐步向雨量自动记录的方向发展。由于各国的天气环境不尽相同，且为了满足各种不同的应用场合，国外研制的雨量计也多种多样，美国主要研制使用的有ORG-815光学雨量计、激光雨量计以及称重式雨量计等[14]。图1-3ORG-815光学雨量计日本则主要研制出了船舶雨量计、量子雨量计和电极式雨量计等。德国研制了一种高精度激光雨滴谱仪OTTParsivel2，可以精确测量距地表1米以上的各种类型降水[15]。图1-4OTTParsivel2激光雨滴谱仪挪威GeonorAS公司研制出一种全天候雨量计，采用高精度振弦式传感器，能够区别并测量固态降水和液态降水，并且能够工作于各种恶劣环境中[16]。在过去的40年间，大约有20万个标准雨量计安装在全球各地，在人口分布越密集的地方雨量计的分布也更为密集。1.3本文主要研究内容目前在气象领域，降水量的测量主要采用称重式雨量计、翻斗式雨量计以及结合其他降水检测方法的衍生品。基于目前雨量计的使用现状，文本旨在研制出一种结构简单、
【参考文献】：
期刊论文
[1]图像去噪方法研究进展[J]. 管美静,珠杰,吴燕如. 计算机时代. 2020(02)
[2]六盘山区一次非典型冰雹天气过程微物理量特征的分析[J]. 陶涛,张立新,桑建人,吕晶晶,聂晶鑫. 干旱区地理. 2020(02)
[3]探析DMA在图像采集处理系统中的应用实现[J]. 彭硕玲. 信息通信. 2020(01)
[4]基于Hough变换的车道线检测算法设计[J]. 何旭光,江磊,罗一平,张伟伟. 农业装备与车辆工程. 2019(11)
[5]地面激光雨滴谱仪反演降水参量的特性探究[J]. 沙修竹,丁建芳,程博. 气象. 2019(11)
[6]基于FPGA的自适应直方图均衡算法的研究与实现[J]. 贺聪,胡乃瑞,李玉峰. 电子设计工程. 2019(21)
[7]二维Otsu图像快速分割方法的改进[J]. 高飞彪,陈南南. 黑河学院学报. 2019(10)
[8]2018年冬季南京三次暴雪过程微物理特征分析[J]. 李遥,牛生杰,吕晶晶,王静,王天舒,黄钦,王元. 大气科学. 2019(05)
[9]摄像机CCD与CMOS图像传感器工作原理[J]. 李育林. 科技经济导刊. 2019(25)
[10]天津高速公路交通气象灾害及预报预警技术研究与分析[J]. 孙玫玲,任丽媛,王宏蕊,郭玲. 天津科技. 2019(08)
博士论文
[1]图像去噪中几种优化算法的相关研究[D]. 杨昊.电子科技大学 2016
硕士论文
[1]青藏高原极端降水特征及洪涝灾害临界雨量估算[D]. 马伟东.青海师范大学 2019
[2]基于改进霍夫变换线段检测算法的实现和应用[D]. 吴桐.山东大学 2018
[3]基于RGB颜色空间的彩色图像灰度化算法研究[D]. 郭丽.陕西师范大学 2017
[4]基于离散余弦变换的高精度图像旋转插值算法[D]. 伏星.兰州大学 2016
[5]基于径向基函数的图像旋转算法研究[D]. 成慧芳.兰州大学 2016
[6]低功耗高可靠ZigBee组网研究[D]. 代成斌.广东工业大学 2014
[7]基于WSN的称重式雨量计系统设计[D]. 匡亮.南京信息工程大学 2014
本文编号：3391824
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
翻斗式雨量计称重式雨量计由承水器、储水筒、称重台及外壳组成，承水器汇集降水进入储水筒
南京信息工程大学硕士学位论文2次，通过翻转利用安装在计数翻斗上的磁钢扫描干簧管，使其触点开关闭合一次，输出一个单位降水量的脉冲信号。干簧管提供的脉冲信号可以由记录器直接采集，通过数据处理得出降水量、降水时间及降水强度。图1-1翻斗式雨量计称重式雨量计由承水器、储水筒、称重台及外壳组成，承水器汇集降水进入储水筒中，储水筒置于称重台上，通过称重传感器连续记录储水筒中雨水的重量来测得降水量。相比于翻斗式雨量计，称重式雨量计能检测固态降水（雪、冰雹）时的降水量。图1-2称重式雨量计随着光学技术的不断发展，光学雨量计开始问世。通过构造出降水粒子瞬时的二维或三维图像，分析并处理降水图像来得到实时的降水量。现阶段的光学式雨量计主要采用的是光学散射技术和图像采集技术[7]。
南京信息工程大学硕士学位论文4并逐步向雨量自动记录的方向发展。由于各国的天气环境不尽相同，且为了满足各种不同的应用场合，国外研制的雨量计也多种多样，美国主要研制使用的有ORG-815光学雨量计、激光雨量计以及称重式雨量计等[14]。图1-3ORG-815光学雨量计日本则主要研制出了船舶雨量计、量子雨量计和电极式雨量计等。德国研制了一种高精度激光雨滴谱仪OTTParsivel2，可以精确测量距地表1米以上的各种类型降水[15]。图1-4OTTParsivel2激光雨滴谱仪挪威GeonorAS公司研制出一种全天候雨量计，采用高精度振弦式传感器，能够区别并测量固态降水和液态降水，并且能够工作于各种恶劣环境中[16]。在过去的40年间，大约有20万个标准雨量计安装在全球各地，在人口分布越密集的地方雨量计的分布也更为密集。1.3本文主要研究内容目前在气象领域，降水量的测量主要采用称重式雨量计、翻斗式雨量计以及结合其他降水检测方法的衍生品。基于目前雨量计的使用现状，文本旨在研制出一种结构简单、
【参考文献】：
期刊论文
[1]图像去噪方法研究进展[J]. 管美静,珠杰,吴燕如. 计算机时代. 2020(02)
[2]六盘山区一次非典型冰雹天气过程微物理量特征的分析[J]. 陶涛,张立新,桑建人,吕晶晶,聂晶鑫. 干旱区地理. 2020(02)
[3]探析DMA在图像采集处理系统中的应用实现[J]. 彭硕玲. 信息通信. 2020(01)
[4]基于Hough变换的车道线检测算法设计[J]. 何旭光,江磊,罗一平,张伟伟. 农业装备与车辆工程. 2019(11)
[5]地面激光雨滴谱仪反演降水参量的特性探究[J]. 沙修竹,丁建芳,程博. 气象. 2019(11)
[6]基于FPGA的自适应直方图均衡算法的研究与实现[J]. 贺聪,胡乃瑞,李玉峰. 电子设计工程. 2019(21)
[7]二维Otsu图像快速分割方法的改进[J]. 高飞彪,陈南南. 黑河学院学报. 2019(10)
[8]2018年冬季南京三次暴雪过程微物理特征分析[J]. 李遥,牛生杰,吕晶晶,王静,王天舒,黄钦,王元. 大气科学. 2019(05)
[9]摄像机CCD与CMOS图像传感器工作原理[J]. 李育林. 科技经济导刊. 2019(25)
[10]天津高速公路交通气象灾害及预报预警技术研究与分析[J]. 孙玫玲,任丽媛,王宏蕊,郭玲. 天津科技. 2019(08)
博士论文
[1]图像去噪中几种优化算法的相关研究[D]. 杨昊.电子科技大学 2016
硕士论文
[1]青藏高原极端降水特征及洪涝灾害临界雨量估算[D]. 马伟东.青海师范大学 2019
[2]基于改进霍夫变换线段检测算法的实现和应用[D]. 吴桐.山东大学 2018
[3]基于RGB颜色空间的彩色图像灰度化算法研究[D]. 郭丽.陕西师范大学 2017
[4]基于离散余弦变换的高精度图像旋转插值算法[D]. 伏星.兰州大学 2016
[5]基于径向基函数的图像旋转算法研究[D]. 成慧芳.兰州大学 2016
[6]低功耗高可靠ZigBee组网研究[D]. 代成斌.广东工业大学 2014
[7]基于WSN的称重式雨量计系统设计[D]. 匡亮.南京信息工程大学 2014
本文编号：3391824
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