中国物理海洋学研究70年：发展历程、学术成就概览

本文概略评述新中国成立70年来物理海洋学各分支研究领域的发展历程和若干学术成就。中国物理海洋学研究起步于海浪、潮汐、近海环流与水团,以及以风暴潮为主的海洋气象灾害的研究。随着国力的增强,研究领域不断拓展,涌现了大量具有广泛影响力的研究成果,其中包括:提出了被国际广泛采用的"普遍风浪谱"和"涌浪谱",发展了第三代海浪数值模式;提出了"准调和分析方法"和"潮汐潮流永久预报"等潮汐潮流的分析和预报方法;发现并命名了"棉兰老潜流",揭示了东海黑潮的多核结构及其多尺度变异机理等,系统描述了太平洋西边界流系;提出了印度尼西亚贯穿流的南海分支(或称南海贯穿流);不断完善了中国近海陆架环流系统,在南海环流、黑潮及其分支、台湾暖流、闽浙沿岸流、黄海冷水团环流、黄海暖流、渤海环流,以及陆架波方面均取得了深刻的认识;从大气桥和海洋桥两个方面对太平洋–印度洋–大西洋洋际相互作用进行了系统的总结;发展了浅海水团的研究方法,基本摸清了中国近海水团的分布和消长特征与机制,在大洋和极地水团分布及运动研究方面也做出了重要贡献;阐明了南海中尺度涡的宏观特征和生成机制,揭示了中尺度涡的三维结构,定量评估了其全球物质与能量输运能力;基本摸清了中国近海海洋锋的空间分布和季节变化特征,提出了地形、正压不稳定和斜压不稳定等锋面动力学机制;构建了"南海内波潜标观测网",实现了对内波生成–演变–消亡全过程机理的系统认识;发展了湍流的剪切不稳定理论,提出了海流"边缘不稳定"的概念,开发了海洋湍流模式,提出了湍流混合参数化的新方法等;在海洋内部混合机制和能量来源方面取得了新的认识,并阐述了混合对海洋深层环流、营养物质输运等过程的影响;研发了全球浪–潮–流耦合模式,推出一系列海洋与气候模式;发展了可同化主要海洋观测数据的海洋数据同化系统和用于ENSO预报的耦合同化系统;建立了达到国际水准的非地转(水槽/水池)和地转(旋转平台)物理模型实验平台;发展了ENSO预报的误差分析方法,建立了海洋和气候系统年代际变化的理论体系,揭示了中深层海洋对全球气候变化的响应;初步建成了中国近海海洋观测网;持续开展南北极调查研究;建立了台风、风暴潮、巨浪和海啸的业务化预报系统,为中国气象减灾提供保障;突破了国外的海洋技术封锁,研发了万米水深的深水水听器和海洋光学特性系列测量仪器;建立了溢油、危险化学品漂移扩散等预测模型,为伴随海洋资源开发所带来的风险事故的应急处理和预警预报提供科学支撑。文中引用的大量学术成果文献(每位第一作者优选不超过3篇)显示,经过70年的发展,中国物理海洋学研究培养了一支实力雄厚的科研队伍,这是最宝贵的成果。这支队伍必将成为中国物理海洋学研究攀登新高峰的主力军

Unsupervised image segmentation based on DA-GMRF

提出一种基于间断自适应高斯马尔可夫随机场(DA-GMRF)模型的无监督图像分割方法。针对MRF模型中的过平滑问题,利用边缘信息构造能量函数,定义了一种DA-GMRF模型。利用灰度直方图势函数自动确定分类数及分割阈值,进行多阈值分割,得到DA-GMRF模型中标记场的初始化,用Metroplis采样器算法进行标记场的优化,实现了图像的无监督分割。实验结果表明了该方法的有效性

Optimization of Noise Performance for Infrared Readout Integrated Circuit

为了优化不同波段红外读出电路的噪声性能,给出了系统的CTIA结构读出电路噪声模型,分析了积分电容与积分时间对不同成分噪声的影响,得出了在不同红外波段探测下,噪声随积分参数取值的变化曲线。该优化研究将红外传感器件的物理特性光电流大小与读出电路的噪声特性联系在了一起,阐明了对于不同红外波段的探测,在一定的制造工艺范围内,积分电容都有最优的取值,且取值与探测器的并联电容有直接的关系;输出噪声与电路结构相互的影响也是不同的,CDS结构对长波读出电路噪声性能的改善优于中波读出电路

Performance Prediction Method of Photoelectric Imaging Detection System

提出一种光电成像探测系统的性能预测方法。介绍包含传感器、处理器的探测系统模型。根据信号检测理论,以最小错误概率准则设计似然比探测器,利用中心极限定理计算错误率。实验结果表明,随着量化位数的增大,系统错误率逐渐减少,且计算错误率与仿真错误率趋于一致

Method for extracting wavelet characteristic based on blur wavelet bag disintegrating

本发明属于信号处理和模式识别技术,具体公开一种基于模糊小波包分解的小波特征提取方法,取平稳信号或非平稳信号为信号样本,包括对已标明类别的信号样本的训练过程和新未知类别的信号样本的特征提取过程,以训练过程为主体;即通过训练过程找最优小波分解Ω*;以最优小波分解Ω*为基础,提取鉴别能力强的小波系数特征;在新未知类别样本的特征提取过程中提取已定位的小波系数作为最终特征。采用本发明对平稳或非平稳信号(包括剧烈变化信号)进行处理,提取出鉴别力强的小波系数特征,使同类信号的类内距尽量小,而不同类信号之间的类间距尽量大,最终实现平稳或非平稳信号的分类

Detecting Fully Affine Invariant Features in Affine Gaussian Scale-space

基于仿射高斯尺度空间理论,提出了一种完全仿射不变特征(FAIF)提取算法。FAIF算法针对仿射高斯尺度空间难以构造的问题,提出了将仿射高斯尺度空间转化为尺度空间的思路。以图像特征区域的协方差矩阵作为特征区域各向异性程度的度量,将各向异性的特征区域通过旋转压缩的方式变换为各向同性区域,最后在各向同性区域上提取完全仿射不变特征点。实验结果表明,FAIF算法可以适应大的视角和尺度变换,并且在立体场景的图片中也有足够多的匹配点,其性能优于现有的仿射不变特征提取算法

Wavelet Analysis Based and Mutual Energy Combination Method Detection Algorithm for Infrared Small Target in Complex Background

研究复杂背景下红外图像小目标检测问题,提出一种基于小波分析互能量交叉处理的目标检测方法。通过定义水平、垂直方向上的小波互能量交叉函数,在两上方向上有效地增强目标、抑制背景干扰。采用一种简单有效的局部直方图统计方法进行目标粗分割,综合两个方向目标粗检测结果通过能量最大判决进行目标定位,并采用双窗不相似度量检测目标尺寸。实验结果表明,该方法对地面背景、海面背景的红外弱小目标检测具有一定的普遍适用性,具有单帧检测率高、实现速度快的特点

Wide baseline image matching for 3D objects

为了匹配立体目标的图像特征,提出一种仿射不变的局部特征提取算法。根据高斯滤波器的形状和大小要与图像结构相适应的原理,该算法利用图像中的最大稳定极值区域(MSER)的协方差矩阵衡量局部图像结构,并将局部图像结构变换到圆形高斯滤波器适用的形式下,以解决视角和尺度变化问题。为了保证图像变换的正确性,采用旋转压缩的方式将各向异性的图像结构变换为各向同性的图像结构。最后在各向同性的图像结构上提取尺度不变特征变换(SIFT)特征点,并将SIFT特征点的坐标变回原图像坐标。实验结果表明该算法提取的局部特征是完全仿射不变的,在立体目标的宽基线图像匹配中表现出良好的效果

Spatial registration method for the composite guidance system of high resolution radar/IR imaging sensor

为实现高分辨雷达/红外成像复合制导系统的空间配准,首先提出了一种基于无偏转换测量的精确极大似然坐标变换法来完成由球坐标系到笛卡尔坐标系的坐标转换,然后提出了一种通过标定雷达和红外相机实现空间配准的方法。为提高空间配准的精度,用提出的坐标变换法估计目标在笛卡尔坐标系下的真实位置,在红外图像处理中提出了一种多灰度细分质心算法来求取图像中目标的精确位置。实验结果表明:该方法配准精度高,满足系统的精度要求。所提出的空间配准方法不仅适用于高分辨雷达/红外成像复合制导系统,还为其他异类传感器复合系统的空间配准提供了一种方法

Segmentation and recognition of bridge over water based on Mumford-Shah model

在桥梁知识的基础上,从河流和陆地的区域特性出发,提出了一种基于MumfordS-hah(MS)模型的水上桥梁分割算法。首先对MumfordS-hah模型中的区域权重进行相关性定义,实现对水域的分割,然后根据桥梁与河流区域边界的几何位置关系实现对桥梁目标的提取和识别。实验表明,该算法能够实现对水上桥梁目标的提取,尤其对远距离小目标水上桥梁及灰度梯度较弱图像的桥梁分割更有效