专利名称：一种多频微波辐射计的数据处理与成像方法
技术领域：
本发明涉及数据处理方法，尤其涉及一种用于多频微波辐射计的数据处理与实时成像方法。
背景技术：
随着遥感技术的深入发展和广泛应用，微波遥感已经成为世界各国重点研究发展的领域。微波辐射计作为被动微波遥感仪器，通过接收地物自身的微波辐射获取地物特征信息，它全天吋、全天候的观测能力以及具有穿透云层和一定程度上穿透雨区的特点，使它在遥感领域占有特别重要的地位；同时，微波辐射计可以多频段、多极化、多视角的获取目标信息，已经发展成为对地观测、大气、海洋环境监测以及空间探测的重要手段。
遥感图像中每个像元的亮度值代表的是该像元中地物的平均辐射值，它是随地物的成分、纹理、状态、表面特征及所使用的电磁波段的不同而变化的，这种随上述因素变化的特征称为地物的波谱特征。图像的亮度值是经过量化了的辐射值，是ー种相对的量度。不同地物之间的亮度值差异以及同一地物在不同波段上的亮度值差异构成了地物的波谱信息。不同的电磁波段可以反映不同的地物特征。在遥感图像中，往往许多波段图像并非可见光而是红外、紫外或者微波，而显示设备为人眼所观察，又必须是可见光。因此用可见光彩色来代表其波段图像的内容，所得彩色图像就不是实际肉眼所见的自然色。可见光彩色使图像比单波段黒白图像丰富，这在遥感图像显示中经常采用。采用天线主波束扫描可以对所感兴趣的场景实现辐射測量成像，对于ー个运动的平台，若在垂直于航迹的方向上扫描就足以产生一幅图像。在微波辐射測量中，机械扫描和电扫描(控制波束)是两种主要扫描方式。机械扫描时，由干天线系统的辐射测量孔径的机械旋转或在角度上的摆动而改变天线波束的指向。如图I所示的扫描方式，天线波束在近似垂直于运动方向的平面内扫描，入射角变化于下视波束的e =0°和扫描线端点的0 = 0X之间。此外，瞬时视场的形状由下视方向的圆形(当天线的主波束为圆形截面时)变为长轴位于y方向的椭圆。天线每扫描一行，地面上扫出一行的圆周足迹，下位机辐射计负责采集数据，并通过数据通讯与上位计算机进行指令的交互传递。上位计算机负责对数据的处理及显示，使用户能够及时看到辐射计的采集結果，从而对扫描參数实时作出响应。但是，现有技术对微波辐射计采集的数据只能单通道以数值曲线的方式进行ー维显示，显示信息不全面，图像显示不宣观。
发明内容
为了解决现有技术对微波辐射计采集的数据只能单通道以数值曲线的方式进行ー维显示，不如彩色图像的ニ维显示信息全面、图像直观的技术问题，本发明提供一种多频微波辐射计的数据处理与成像方法，该方法逻辑简单、易操作，数据处理实时性强，直观、稳定，更适合人眼分辨，用户可以及时且方便地看到多频段、多极化的辐射计数据，井根据数据结果对多频微波辐射计的扫描区域、扫描速度等实时作出调整。本发明解决技术问题所采取的技术方案如下一种多频微波辐射计的数据处理与成像方法，包括以下步骤步骤一、设置数据采样的通道个数，将多频微波辐射计采集的数据按其不同频率和极化特征对应不同的通道；设置每个通道内待传输数据的数据帧格式，包括帧头、帧尾、每帧数据长度、每个数据所占字节数N，每个通道对应ー个数据绘图窗ロ ；步骤ニ、根据用户的显示需求，为步骤一中所述的每个数据绘图窗ロ设置每行存储数据的个数，井根据辐射计标定結果，设置每个通道的标定參数；步骤三、将步骤一所述的每个数据绘图窗ロ均分成若干个矩形区域，每个矩形区域的宽度由数据绘图窗ロ的宽度和步骤ニ设置的每行数据个数计算得到，每个矩形区域的高度由数据绘图窗ロ的高度分割成80等份计算得到；步骤四、多频微波辐射计采用锯齿形扫描方式采集目标扫描区域的数据，并将采集到的数据缓存在缓冲区；步骤五、从步骤四所述的缓冲区内读取ー帧数据，将多频微波辐射计采集的数据由VARIANT型变量转换为ColeSafeArray型变量，得到有效数据长度后，将该数据转换为BYTE型数组，定义ー个原始数据存档文件指针,并将该帧数据转换为BYTE型数组的原始数据保存到原始数据存档文件中；当该帧数据存储完成后，关闭指向文件的指针；步骤六、以步骤一所述的数据帧格式为标准，核对步骤五得到的ー帧BYTE型数组的数据长度与步骤一所述的多个通道中数据的数据长度是否存在匹配；若不存在匹配，则重新执行步骤五；若存在匹配，则继续执行步骤七；步骤七、为步骤一所述的每个通道分别定义一个对应的通道数据存储文件，并为每个通道数据存储文件定义指向该文件的指针；按步骤一所述的通道种类，将由步骤六得到的一帧数据存入与其自身数据帧格式相对应的通道数据存储文件中；步骤八、将步骤七所述通道数据存储文件中的一帧数据除掉帧头与帧尾后，以每N个字节为ー组，对该帧数据的字节进行分组，再将各个字节组中的数据转换成十进制数，并按照各个字节组在该帧中的位置顺序，将转换后的十进制数存入与该帧数据相对应的通道数据存储文件中；重复步骤五至步骤八的过程，将每个通道采样得到的各帧数据逐帧存入相应的通道数据存储文件中；步骤九、利用标定方程将步骤八所述的每组数据对应的十进制数转换成实际的辐射亮度温度值，将亮度温度值作为颜色的RGB分量数值，得到伪彩色颜色； 步骤十、将每个RGB颜色对应步骤三所述的ー个矩形区域，每个RGB的颜色值对应步骤九所得到的伪彩色顔色；按照步骤八所述十进制数在对应通道数据存储文件中的排列顺序，将第一帧数据的第一个十进制数通过步骤九得到的伪彩色赋值到步骤一所述数据绘图窗ロ的第一行第一列矩形区域位置，第二个十进制数通过步骤九得到的伪彩色赋值到步骤一所述数据绘图窗ロ的第一行第二列矩形区域位置，依此类推，得到第一行的数据；第二帧数据的第一个十进制数通过步骤九得到的伪彩色赋值到步骤一所述数据绘图窗ロ的第ニ行第一列矩形区域位置，第二个十进制数通过步骤九得到的伪彩色赋值到步骤一所述数据绘图窗ロ的第二行第二列矩形区域位置，依此类推，得到第二行的数据；按照上述方式，逐一将每帧数据以各个矩形区域的伪彩色顔色对应到步骤一所述数据绘图窗口中逐行显示，形成一幅图像；
步骤十一、当由步骤十所述各帧数据逐行显示形成的整幅图像即将超出数据绘图窗ロ时，复制整幅图像的下半部分，并用复制的下半部图像替换原本在数据绘图窗ロ的上半部图像，同吋，将数据绘图窗ロ的下半部图像使用黒色画刷刷黑；在新的一帧数据图像到来吋，从数据绘图窗口下半部的顶端位置继续显示，以此类推，进而完成多频微波辐射计的数据处理与成像以及图像的自动滚屏方法。本发明的有益效果是该方法逻辑简单，数据处理实时性强，用户可以及时并方便地看到多频段、多极化的辐射计数据，井根据数据结果对多频微波辐射计的扫描区域、扫描速度等实时作出调整。
图I是现有技术的采用锯齿形扫描方式实现辐射測量成像的示意图。图2是本发明多频微波辐射计的数据处理与成像方法的流程图。图3是本发明多频微波辐射计的数据处理与成像方法的主控程序初始界面示意图。图4是本发明多频微波辐射计的数据处理与成像方法的主控程序图像滚动后的界面示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进ー步详细说明。如图2至图4所示，本发明的多频微波辐射计的数据处理与成像方法是利用Microsoft Visual C++6. 0软件编程语言实现的,该方法由计算机内的通讯�？�、数据格式设置�？椤⑹荽砑氨４婺？�、数据显示模块和图像保存�？樽槌�。所述的通讯�？橛酶捎攵嗥滴⒉ǚ浼浦涞氖萃ㄑ叮⒔邮斩嗥滴⒉ǚ浼撇杉氖�。计算机与多频微波辐射计利用RS-232串行ロ实现通讯，在多频微波辐射计エ作时，信息由多频微波辐射计发送，通讯由计算机启动，计算机处于接收状态。采用COMM组件实现通讯设置，设置缓存为ニ进制，毎次从输入缓冲读全部数据。所述的数据格式设置�？橛糜诙嗥滴⒉ǚ浼朴爰扑慊涞氖荽湫椋灾∥ノ唤惺荽洌柚孟畎ㄖ⊥�(一个字节)、帧尾(一个字节)、每帧数据长度(以字节为单位)、每行所需显示的数据个数ShowNumber、每个数据所占的字节数N以及数据采样的通道个数S，接收数据形式是十六进制数，8位数据位，I位停止位，无奇偶校验，数据格式如下
U I DO I Dl [ …f DL 厂 W其中，帧头为U，帧尾为W，DO DL为数据。所述的数据处理及保存�？橐瓿傻娜挝袷�1)剔除不符合要求的数据；2)精确截取每个数据；3)将十六进制数转化为十进制数；4)将每ー组数据准确分成S个通道的数据；5)保存辐射计的原始数据及每个通道处理后的数据。具体如下
所述的数据处理及保存模块首先读取缓冲区内的数据，将接收的多频微波辐射计数据由VARIANT型变量转换为ColeSafeArray型变量，得到有效数据长度，将该数据转换为BYTE型数组，定义ー个文件指针，将接收到的数据全部保存到文件中，毎次保存完数据后，以回车结束，以便于区分不同帧的数据。当ー帧数据存储完成后，关闭指向文件的指针，由此完成对原始数据的保存。其次，查找帧头和帧尾位置，核对帧头帧尾的信息及数据长度后，根据数据结构的定义，将数据部分以N个字节为ー组进行分组，对于每组内的数据，将其转换成十进制数，利用标定方程将多频微波辐射计的每个数据转换成实际的亮度温度值。其中，所述的标定方程为T = aV+b，T、V分别表示多频微波辐射计天线输出的亮度温度值和电压值，a、b分别为两个定标系数；标定建立后，标定系数a、b的值即确定，将其值分别填入对应通道的标定系数值中。分别定义S(S为数据采样的通道个数，S < 4)个文件指针，用于指向S个通道的数据存储文件，文件存储路径位于“C:\\”目录下，文件名称分别为 Chanell. txt、Chane 12. txt......Chane I S. txt,第一组数据为通道I的数据，保存到第一
个指针的文件中，第二组数据为通道2的数据，保存到第二个指针的文件中，依此类推。去掉帧头、帧尾后，数据部分长度为L，若有S个通道，每个数据所占字节数为N，则每个通道的数据个数为IV(NXS)个，其数据排列格式及所占字节数如下
权利要求
1.一种多频微波辐射计的数据处理与成像方法，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤一、设置数据采样的通道个数，将多频微波辐射计采集的数据按其不同频率和极化特征对应不同的通道；设置每个通道内待传输数据的数据帧格式，包括帧头、帧尾、每帧数据长度、每个数据所占字节数N，每个通道对应一个数据绘图窗口； 步骤二、根据用户的显示需求，为步骤一中所述的每个数据绘图窗口设置每行存储数据的个数，并根据辐射计标定结果，设置每个通道的标定参数； 步骤三、将步骤一所述的每个数据绘图窗口均分成若干个矩形区域，每个矩形区域的宽度由数据绘图窗口的宽度和步骤二设置的每行数据个数计算得到，每个矩形区域的高度由数据绘图窗口的高度分割成80等份计算得到； 步骤四、多频微波辐射计采用锯齿形扫描方式采集目标扫描区域的数据，并将采集到的数据缓存在缓冲区； 步骤五、从步骤四所述的缓冲区内读取一帧数据，将多频微波辐射计采集的数据由VARIANT型变量转换为ColeSafeArray型变量，得到有效数据长度后，将该数据转换为BYTE型数组，定义一个原始数据存档文件指针，并将该帧数据转换为BYTE型数组的原始数据保存到原始数据存档文件中；当该帧数据存储完成后，关闭指向文件的指针； 步骤六、以步骤一所述的数据帧格式为标准，核对步骤五得到的一帧BYTE型数组的数据长度与步骤一所述的多个通道中数据的数据长度是否存在匹配；若不存在匹配，则重新执行步骤五；若存在匹配，则继续执行步骤七； 步骤七、为步骤一所述的每个通道分别定义一个对应的通道数据存储文件，并为每个通道数据存储文件定义指向该文件的指针；按步骤一所述的通道种类，将由步骤六得到的一帧数据存入与其自身数据帧格式相对应的通道数据存储文件中； 步骤八、将步骤七所述通道数据存储文件中的一帧数据除掉帧头与帧尾后，以每N个字节为一组，对该帧数据的字节进行分组，再将各个字节组中的数据转换成十进制数，并按照各个字节组在该帧中的位置顺序，将转换后的十进制数存入与该帧数据相对应的通道数据存储文件中；重复步骤五至步骤八的过程，将每个通道采样得到的各帧数据逐帧存入相应的通道数据存储文件中； 步骤九、利用标定方程将步骤八所述的每组数据对应的十进制数转换成实际的辐射亮度温度值，将亮度温度值作为颜色的RGB分量数值，得到伪彩色颜色； 步骤十、将每个RGB颜色对应步骤三所述的一个矩形区域，每个RGB的颜色值对应步骤九所得到的伪彩色颜色；按照步骤八所述十进制数在对应通道数据存储文件中的排列顺序，将第一帧数据的第一个十进制数通过步骤九得到的伪彩色赋值到步骤一所述数据绘图窗口的第一行第一列矩形区域位置，第二个十进制数通过步骤九得到的伪彩色赋值到步骤一所述数据绘图窗口的第一行第二列矩形区域位置，依此类推，得到第一行的数据；第二帧数据的第一个十进制数通过步骤九得到的伪彩色赋值到步骤一所述数据绘图窗口的第二行第一列矩形区域位置，第二个十进制数通过步骤九得到的伪彩色赋值到步骤一所述数据绘图窗口的第二行第二列矩形区域位置，依此类推，得到第二行的数据；按照上述方式，逐一将每帧数据以各个矩形区域的伪彩色颜色对应到步骤一所述数据绘图窗口中逐行显示，形成一幅图像； 步骤十一、当由步骤十所述各帧数据逐行显示形成的整幅图像即将超出数据绘图窗口时，复制整幅图像的下半部分，并用复制的下半部图像替换原本在数据绘图窗口的上半部图像，同时，将数据绘图窗口的下半部图像使用黑色画刷刷黑；在新的一帧数据图像到来时，从数据绘图窗口下半部的顶端位置继续显示，以此类推，进而完成多频微波辐射计的数据处理与成像以及图像的自动滚屏方法
2.如权利要求I所述的一种多频微波辐射计的数据处理与成像方法，其特征在于，步骤十一包括下面的步骤当数据帧数等于步骤十中矩形区域的行数时，创建一个高度为矩形区域高度的一半、宽度为矩形区域宽度的位图类；拷贝数据绘图窗口的下半幅图像到位图类中，使用该位图类创建一幅bmp格式的图像；在下一行数据显示之前，将该bmp格式的图像显示在数据绘图窗口的左上角，则位图的下边缘正好位于数据绘图窗口上下中心处的位置；新读取的一帧数据放置在数据绘图窗口的第M/2+1行的位置，M为数据绘图窗口中矩形区域的总行数。
3.如权利要求2所述的一种多频微波辐射计的数据处理与成像方法，其特征在于，在所述拷贝数据绘图窗口的下半幅图像到位图类中的步骤的同时，在计算机内存中创建一个相同的兼容位图，用于存储数据绘图窗口的该下半幅图像。
全文摘要
多频微波辐射计的数据处理与成像方法涉及数据处理技术领域，该方法为首先设置传输数据帧的格式和数据绘图窗口中每行显示数据的个数及仪器的标定系数，然后计算机接收辐射计采集的数据并对接收到的数据进行解析，根据数据长度区分不同通道的辐射计数据，将数据转换成十进制数据并保存到计算机中，同时根据标定方程得到被测区域的辐射亮度温度，将其映射成颜色的RGB分量，生成图像并实时显示，当图像存储满整个绘图区时，滚动显示。本发明可用于多频微波辐射计的数据接收与处理，该方法逻辑简单，数据处理实时性强，用户可以及时且方便地看到多频段、多极化的辐射计数据，并根据数据结果对多频微波辐射计的扫描区域、扫描速度等实时作出调整。
文档编号G01S13/89GK102628933SQ201210126900
公开日2012年8月8日 申请日期2012年4月26日 优先权日2012年4月26日
发明者李晓洁 申请人:中国科学院东北地理与农业生态研究所
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