基于離散小波變換的水文遙測(cè)圖像處理技術(shù)

王洪義，張 鵬

（1.吉林省墑情監(jiān)測(cè)中心，吉林長(zhǎng)春 130000；2.水利部松遼水利委員會(huì)，吉林長(zhǎng)春130021）

基于離散小波變換的水文遙測(cè)圖像處理技術(shù)

王洪義1，張 鵬2

（1.吉林省墑情監(jiān)測(cè)中心，吉林長(zhǎng)春 130000；2.水利部松遼水利委員會(huì)，吉林長(zhǎng)春130021）

水文遙測(cè)技術(shù)是近年來(lái)在水文行業(yè)中新興的一種監(jiān)測(cè)技術(shù)，使水文監(jiān)測(cè)工作的難度得到了很大程度改善，但是這種技術(shù)會(huì)受到天氣和傳輸信道噪聲的影響，致使監(jiān)測(cè)的結(jié)果會(huì)出現(xiàn)一定的偏差。文中應(yīng)用基于離散小波變換的圖像處理技術(shù)，從根本上解決了水文遙測(cè)圖像傳輸過(guò)程中的失真問(wèn)題。

離散小波變換；水文遙測(cè)信息；圖像處理

1 水文監(jiān)測(cè)的發(fā)展現(xiàn)狀

水文監(jiān)測(cè)是水文工作的最基本、最本職的工作任務(wù)，水文監(jiān)測(cè)是對(duì)水體的水位、溫度等一系列水文要素的監(jiān)測(cè)，要求監(jiān)測(cè)的及時(shí)準(zhǔn)確。水文基層工作人員少、任務(wù)重是現(xiàn)代水文工作的一個(gè)特點(diǎn)。一些偏遠(yuǎn)山區(qū)的水文站，為了能夠及時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)水文數(shù)據(jù)，只能安排人員在水文站長(zhǎng)期駐扎，由于水文站多數(shù)都處于遠(yuǎn)離人口密集的天然河道處，這種地理環(huán)境使得水文站的駐扎條件十分艱苦，人員的不足又促使輪崗制度難以實(shí)現(xiàn)。

遙測(cè)技術(shù)在水文工作中的發(fā)展，使得水文監(jiān)測(cè)工作的難度得到了很大程度的改善。水文遙測(cè)技術(shù)是近年來(lái)在水文行業(yè)中新興的一種監(jiān)測(cè)技術(shù)，它是通過(guò)視頻監(jiān)控、無(wú)線通信技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)等結(jié)合替代原來(lái)靠人工觀測(cè)的一種新型監(jiān)測(cè)手段。這種監(jiān)測(cè)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于替代了人工觀測(cè)，使得觀測(cè)數(shù)據(jù)更加的真實(shí)與及時(shí)。但是這種技術(shù)會(huì)受到天氣和傳輸信道噪聲的影響，從而使得監(jiān)測(cè)的結(jié)果會(huì)出現(xiàn)一定的偏差?；陔x散小波變換的技術(shù)可以在遙測(cè)信息接收端較好地還原監(jiān)測(cè)圖像的真實(shí)信息，最大程度地減小監(jiān)測(cè)信號(hào)的失真性。

2 基于小波變換的圖像處理技術(shù)

2.1 圖像處理技術(shù)

圖像處理，又稱影像處理，指用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行分析，以達(dá)到所需結(jié)果的技術(shù)。圖像處理一般指數(shù)字圖像處理。數(shù)字圖像是指用工業(yè)相機(jī)、攝像機(jī)、掃描儀等設(shè)備經(jīng)過(guò)拍攝得到的一個(gè)大的二維數(shù)組，該數(shù)組的元素稱為像素，其值稱為灰度值。圖像處理技術(shù)一般包括圖像壓縮，增強(qiáng)和復(fù)原，匹配、描述和識(shí)別三部分。水文工作中所用到的主要是圖像的增強(qiáng)和復(fù)原技術(shù)。圖像處理流程如圖1所示，處理軟件將采集到的原始圖像分解成灰度圖，然后通過(guò)一系列計(jì)算去除圖像中的噪聲等干擾因素，最終還原真實(shí)的圖像信息。

圖1 圖像處理流程圖

2.2 小波變換

小波變換是一種新的變換分析方法，它繼承和發(fā)展了短時(shí)傅立葉變換局部化的思想，同時(shí)又克服了窗口大小不隨頻率變化等缺點(diǎn)，能夠提供一個(gè)隨頻率改變的“時(shí)間-頻率”窗口，是進(jìn)行信號(hào)時(shí)頻分析和處理的理想工具。它的主要特點(diǎn)是通過(guò)變換能夠充分突出問(wèn)題某些方面的特征，能對(duì)時(shí)間（空間）頻率的局部化分析，通過(guò)伸縮平移運(yùn)算對(duì)信號(hào)（函數(shù))逐步進(jìn)行多尺度細(xì)化，最終達(dá)到高頻處時(shí)間細(xì)分，低頻處頻率細(xì)分，能自動(dòng)適應(yīng)時(shí)頻信號(hào)分析的要求，從而可聚焦到信號(hào)的任意細(xì)節(jié)?；谛〔ㄗ儞Q的圖像處理步驟：輸入原始圖像→對(duì)原始圖像進(jìn)行小波變換→對(duì)小波系數(shù)進(jìn)行處理→對(duì)處理后的小波系數(shù)進(jìn)行逆變換→輸出處理后的圖像。

農(nóng)安水文站監(jiān)測(cè)水尺攝像頭傳回的一張由于模糊造成的失真圖像,很難看出圖像中水位的真實(shí)數(shù)值；進(jìn)行了一次小波變換圖像處理技術(shù)的圖像，該圖像已經(jīng)能夠基本反映出水位的情況,經(jīng)過(guò)多次處理后的圖像，已經(jīng)基本可以完全恢復(fù)出圖像的原始真實(shí)信息。

某水文站洪水起漲時(shí)傳回的照片是由于風(fēng)力的原因，導(dǎo)致拍攝的照片模糊不清，無(wú)法看出洪水的漲勢(shì)情況，對(duì)監(jiān)控端的遙測(cè)測(cè)流工作帶來(lái)了一定的麻煩，而由于現(xiàn)場(chǎng)天氣等各種不定因素都會(huì)對(duì)拍攝的照片產(chǎn)生一定的影響。因此，引入小波變換對(duì)圖像進(jìn)行多次處理。雖然仍有一定程度的模糊，但是已經(jīng)基本上滿足了人們觀測(cè)的需要，能夠正確的反映出現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)情況，能夠達(dá)到水文觀測(cè)的要求。

從圖像處理的角度看，小波變換存在以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1）小波分解可以覆蓋整個(gè)頻域（提供了一個(gè)數(shù)學(xué)上完備的描述）；

2）小波變換通過(guò)選取合適的濾波器，可以極大的減小或去除所提取得不同特征之間的相關(guān)性；

3）小波變換具有“變焦”特性，在低頻段可用高頻率分辨率和低時(shí)間分辨率（寬分析窗口），在高頻段，可用低頻率分辨率和高時(shí)間分辨率（窄分析窗口）；

4）小波變換實(shí)現(xiàn)上有快速算法（Mallat小波分解算法）能夠快速有效的還原圖像的真實(shí)信息，保證了水文工作的及時(shí)準(zhǔn)確性。

3 結(jié) 論

基于小波變換的圖像處理技術(shù)在水文遙測(cè)技術(shù)上的應(yīng)用，從根本上解決了水文遙測(cè)圖像在傳輸過(guò)程中的失真問(wèn)題，通過(guò)上面對(duì)原始失真圖像的多次處理后，能夠較好的還原圖像的真實(shí)信息，并且能夠保證水文工作的及時(shí)性、準(zhǔn)確性。圖像處理技術(shù)不僅能夠?qū)D像進(jìn)行去噪還原，還能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行加密、解密，從而保證傳輸信息的安全性以及不可更改性，以防止傳輸回的數(shù)據(jù)被一些外在因素干擾造成數(shù)據(jù)的不可靠性。

［1］溫玉春.計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)應(yīng)用研究［J］.現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2011（2）：230-231.

［2］羅俊松，唐云.計(jì)算機(jī)圖形與圖像處理［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2010（12）：183-185.

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2016-02-23