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气象卫星云图统计特性的研究
张小里刘榴娣
西安工业学院北京理工大学
提要
本文研究了气象卫星云图的灰度分布、信息熵、冗奢度、二雏傅里叶谱、一维
疋二维自相关函数以疋卫星云图在差分域中的一些统计特征。结果表明卫星云图
的一维自相关函数不满足女指数单调下降的规律, 不能用一阶平稳马尔科走过程描
述; 云图的灰虚分布具有一定的空问相关性, 其空间频谱主要集中在空问频率较低
的区域; 差分图象的相关性明显减弱, 但仍具有一定的冗余度, 因此可以通过选择
适当的方法时差分图象进行压缩编码而不丢失图象的信息。
比特数, 则
一
、前宦
/
气象卫星云的应用十分广泛, 但对气为灰度级出现的频数。图象的频率分布可
象卫星云图特性研究的文献并不多见徐建以从整幅图象的灰度直方图得到反映
平曾对同一轨道不同时刻、不同轨道和不同图象的信息熵,是图象信息量的一种客
探测通道的气象卫星云图作了频谱分析【。观度量。如果各信号图象象素之间是相
本文则着重研究卫星云图的一些重要统计特互独立的, 则一幅图象上每个象素所携带的
性及其空间频谱分布, 目的之一是为实现云平均信息量可以用一阶熵来表示【, 即

图的无误差压缩编码方法的选择提供依一
坷一∑
据【。;
熵的大小是图象象素集台的随机性程度的度
、云图的灰度分布夏信息熵量。
卫星云图可以看成是二维随机场或二维图象的冗泉度则由图象的平均量化比
随机过程, 它可以由其概率密度函数来描特数与图象平均信息熵值之差表示,
述。通常需由大量图象样本集求出, 一股来即
说这是很困难的。常用的作法是取一幅或数一
幅图象作为随机场的样本, 从而求出图象的熵值及冗余度都是图象数据压缩编码等
反度分布。的重要参数。表是用本文作者编制的程序
设图象灰受缴出现的额数指一幅× 计算出的若干幅卫星云图其中一
Ⅳ的数:幽象,具有某一版度值的象素总为云图,一为
数为≤≤一, 为灰度量化云图的统计结果。在表中,栏为
一⋯⋯————⋯一
一
一
一一气象第卷第期
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袅厨始田橐数据的统计特征值为傅里叶变换的位相。
谱的平方
, ’“, “,
.
“,
. ‘『,
. 【为图象,,的能量谱或功率谱。它是象
『. 素空问分布的统计特性在空间频率域上的度
.。. 量。图是作者利用快速傅里叶变换
】. 】
编制的计算程序输出的一幅卫星云图的离散
.
傅里叶谱。
象名, 为熵值, 为均值, 为冗余
度, 及为最高频数及最高频数
所对应的灰度值。可见, 图象的信息熵值约
小于灰度量化的比特数此处, 所
以, 有可能对图象进行数据压缩而不丢失图
象的信息
三、云图的频谱分析
图象的空频谱, 是图象在频率空间上
的映射, 有效地描述了图象的空间结构。它图一幅卫星云图的二维傅里叶谱
可以通过对一个定义在二维空间上的象进由图可以看出, 在空间频率域中, 卫星
行二维傅里叶变换得到云图的频谱相对集中在空间频率比较低的区
设图象用连续函数,,表示, 则该域, 而一般高频分量的幅值很小。这说明,
图象的傅里叶变换为卫星云图的