Detection And Segmentation of Aerosol Layers & Clouds in Atmospheric Lidar Measurements

Abstract

Η επεξεργασία εικόνων αποτελεί βασικό κλάδο της επιστήμης των υπολογιστών και της ψηφιακής επεξεργασίας σήματος. Η αξιοθαύμαστη ανάπτυξη στην ποιότητα των εικόνων που παρατηρήθηκε τα τελευταία 50 χρόνια έθεσαν επιτακτική την ανάγκη για ανάπτυξη αξιόπιστων αλλά και γρήγορων αλγορίθμων για την επεξεργασία, την εξαγωγή χαρακτηριστικών και την αναγνώριση προτύπων στις εικόνες αυτές. Η επιτυχία του κλάδου γίνεται φανερή αν αναλογιστεί κανείς το πλήθος των εφαρμογών οι οποίες χρησιμοποιούν αλγορίθμους επεξεργασίας εικόνων. Η ρομποτική όραση, η ανάλυση βιοϊατρικών εικόνων, η βιομηχανική αυτοματοποίηση και τα αυτοκατευθυμένα οχήματα είναι μόνο μερικά παραδείγματα εφαρμογών που χρησιμοποιούνται οι τεχνικές αυτές. Από την άλλη μεριά, η ανάπτυξη των συστημάτων lidar (Light Detection And Ranging) συνδέεται άμεσα με την ανάπτυξη του πρώτου συστήματος Laser στις αρχές της δεκαετίας του 1960. Η μελέτη της ατμόσφαιρας σήμερα βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στα συστήματα lidar λόγω της εξαιρετικής τους ακρίβειας, της δυνατότητας μέτρησης της ατμόσφαιρας σε πραγματικές συνθήκες, καλύπτοντας μεγάλες αποστάσεις αλλά και σε 1,2 ή 3 διαστάσεις. Μία από τις βασικές εφαρμογές των συστημάτων lidar είναι η παρακολούθηση αερολυμάτων και νεφών στην ατμόσφαιρα. Ωστόσο, τεχνικές αυτοματοποιημένου εντοπισμού και κατάτμησης αερολυμάτων και νεφών σε τέτοιες μετρήσεις δεν έχουν αναπτυχθεί διεξοδικά. Στην παρούσα διπλωματική άσκηση επιχειρείται η αξιοποίηση γνωστών τεχνικών του τομέα της επεξεργασίας εικόνων με σκοπό τον εντοπισμό και την κατάτμηση αερολυμάτων και νεφών σε μετρήσεις που προέρχονται από το lidar EOLE του εργαστηρίου Οπτοηλεκτρονικής, Lasers και Εφαρμογών τους του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Αρχικά γίνεται μια εισαγωγή στα συστήματα lidar. Έπειτα γίνεται μία ανασκόπηση των υπαρχουσών τεχνικών που υπάρχουν στην βιβλιογραφία. Στη συνέχεια παρουσιάζονται διάφορες τεχνικές για την αντιμετώπιση του προβλήματος, γίνεται σύγκριση και αξιολόγηση τους και τέλος προτείνεται η βέλτιστη υλοποίηση. Το λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε για την ανάπτυξη είναι το MATLAB και η παρουσίαση του γίνεται έμμεσα από αυτή του αλγορίθμου.