Μελέτη ατμοσφαιρικών παραμέτρων με τεχνικές ψηφιακής επεξεργασίας εικόνων

• Κύριος συγγραφέας: Τζουμανίκας, Παναγιώτης
• Άλλοι συγγραφείς: Καζαντζίδης, Ανδρέας
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2018
• Θέματα: Ατμόσφαιρα; Ψηφιακή επεξεργασία εικόνων; Ουράνιος θόλος; Αιωρούμενα σωματίδια; Οπτικό βάθος aerosols; Ακτινοβολία; Σύννεφο; Ποσοστό νεφοκάλυψης; Ύπαρξη βροχής; Τύπος νεφών; Atmosphere; Digital image processing; Sky camera; Aerosols; Aerosols optical depth; Radiance; Cloud type; Cloud coverage; Rain existence; Cloud; 551.576

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη τεχνικών ψηφιακής επεξεργασίας εικόνων με σκοπό την εξαγωγή ασφαλών λογικών συμπερασμάτων σχετικά με τον ουράνιο θόλο και την ατμόσφαιρα, έχοντας σαν αντικείμενο μελέτης φωτογραφίες, συγκεκριμένου μεγέθους και ανάλυσης, που αναπαριστούν τον ουράνιο θόλο σε μια περιοχή και οι οποίες αναπαράγονται ανά τακτικά χρονικά διαστήματα και χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικές και επιστημονικές εφαρμογές. Στο πρώτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται οι βασικές αρχές της Φυσικής της ατμόσφαιρας και της διάδοσης της ακτινοβολίας. Συγκεκριμένα, γίνεται αναφορά στο Ηλεκτρομαγνητικό Φάσμα και την Στέρεα Γωνία και σε βασικές ακτινομετρικές έννοιες. Επίσης, μελετάται το Ηλιακό φάσμα και η ηλιακή σταθερά και παρουσιάζεται η σύνθεση και η δομή της ατμόσφαιρας της Γης, καθώς και η ατμοσφαιρική σκέδαση. Το δεύτερο κεφάλαιο της παρούσας διατριβής επικεντρώνεται στη ψηφιακή επεξεργασία των εικόνων του ουρανού με σκοπό την εξαγωγή σχετικών αποτελεσμάτων. Αρχικά παρουσιάζεται το πρότυπο χρώματος RGB και εν συνεχεία αναλύεται η μεθοδολογία που αναπτύχθηκε με σκοπό την ανίχνευση και κατάταξη των νεφών, χρησιμοποιώντας τη ψηφιακή επεξεργασία των εικόνων του ουρανού. Τέλος, ερευνάται η πρόσθετη βελτιστοποίηση των μεθόδων ταξινόμησης καθώς και η εξαγωγή πρόσθετων ποιοτικών παραμέτρων και χαρακτηριστικών. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται αναλυτικά η εφαρμογή των διαφόρων μεθόδων εύρεσης ποσοστού και είδους νεφοκάλυψης σε δίκτυο καμερών στην Ελβετία. Πιο συγκεκριμένα, συγκρίνεται η αποτελεσματικότητα διαφορετικών μεθόδων και αλγορίθμων η οποία απεικονίζεται σχηματικά. Εξαιρετικό ενδιαφέρον παρουσιάζει η αξιολόγηση των διαφορετικών προσεγγίσεων, παρόλο που το εύρος των αποκλίσεων παραμένει εντός των αναμενόμενων διαστημάτων. Το τέταρτο κεφάλαιο αναλύει την επίδραση των νεφών στην προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία με τη χρήση δεδομένων από μια ψηφιακή κάμερα απεικόνισης του ουράνιου θόλου. Η επίδραση των νεφών στην ακτινοβολία (Cloud Radiative Effect - CRE) εξετάζεται σε σχέση με τη νεφοκάλυψη καθώς και το είδος των νεφών, όπως επίσης και το ποσοστό του ηλιακού δίσκου που καλύπτεται από σύννεφα και την σχετική θέση του Ήλιου και τα νεφών στον ουρανό. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζουμε την επίδραση των ατμοσφαιρικών αερολυμάτων (aerosol) στην ηλιακή ακτινοβολία. Τα αερολύματα επηρεάζουν την ηλιακή ακτινοβολία μέσα από ατμοσφαιρικές διαδικασίες, αλλάζοντας το ενεργειακό ισοζύγιο του συστήματος Γης-ατμόσφαιρας. Χρησιμοποιώντας τις ψηφιακές εικόνες του ουράνιου θόλου διαφόρων περιοχών, σε αίθριες καιρικές συνθήκες, μπορούμε να εξάγουμε πληροφορίες για το οπτικό βάθος (AOD) των αερολυμάτων. Τέλος, στο έκτο κεφάλαιο γίνεται μια ανακεφαλαίωση, στην οποία αναφέρονται τα τελικά συμπεράσματα των επιμέρους μεθοδολογιών και αναπτύξεων, και δίνονται οι μελλοντικές κατευθύνσεις.