一种利用合成雷达图像精准定位热带气旋中心的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种利用合成雷达图像(Synthetic Aperture Radar，SAR)精准定位热带气旋(Tropical Cyclone，TC)中心的方法及系统，包括步骤：获得含有风条纹信息的SAR图像，对图像进行辐射校正及几何校正；将SAR图像划分为若干个子图像并反演每个子图像中的风向；基于子图像中的风向实现SAR图像中TC的粗定位；判断粗定位的中心是否处于SAR图像的内部，若否，将粗定位的中心作为TC风向的中心；若是，执行下一步骤；以粗定位结果为中心，在SAR图像的基础上提取目标区域；将目标区域划分为若干个子区域并反演每个所述子区域的风向；基于子区域中的风向实现SAR图像中TC的精定位。本发明专利技术利用SAR图像分析TC风向，基于风向实现TC中心全自动定位，具有极大的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种利用合成雷达图像精准定位热带气旋中心的方法及系统
本专利技术涉及热带气旋中心定位
，具体涉及一种利用合成雷达图像精准定位热带气旋中心的方法及系统。
技术介绍
热带气旋(TropicalCyclone，TC)是产生于热带洋面上的中尺度暖性气旋，可见于西太平洋(台风)、大西洋和东北太平洋(飓风)以及印度洋和南太平洋。能够给TC过境区域的人们带来巨大的生命和财产损失。TC路径的追踪和预测是气象机构的主要任务之一。作为TC的最重要的参数之一，TC中心位置在分析TC强度以及运动路径中起着关键作用。如果在TC的不同发展阶段进行准确定位，就能够提前对TC做好防范并减少人们的生命和财产损失。合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，SAR)是一种高分辨率成像雷达，可在能见度极低的气象条件下得到光学照相的高分辨率雷达影像，具有全天时、全天候、高分辨率海洋遥感观测的特点,因而目前被较多用于定位TC的中心位置。近几十年来，现有技术对利用SAR图像进行TC中心定位提出了很多方法，这些方法包括半自动和全自动两种方式。与半自动的中心定位方法相比，全自动的方法更显客观。在这些方法中，包括使用小波分析法来估计TC中风眼的尺度和面积；还包括基于雷达数据并使用遗传算法来确定TC中心；也有对含有TC信息的SAR图像使用标记分水岭算法结合形态学分析来进行TC中心定位；此外还有使用数学形态学方法和骨骼进化分离法从C波段SAR数据中提取TC中心。公开号为CN107578441A的专利技术专利申请公开了一种TC中心定位的红外亮温偏差角梯度分布均匀性方法，首先，从红外卫星云图中截取感兴区域，并分别进行Bezier直方图分割和K均值聚类分割得到TC主体云系二值图像和红外亮温变化剧烈位置二值图像。将上述两幅二值图像相乘得到TC主体云系红外亮温变化剧烈位置的二值图像。然后，对得到的二值图像进行Hough变换检测圆以减小TC中心的搜索范围。最后，以检测区域内每个像素点为参考中心计算得到偏差角梯度分布均匀性矩阵，偏差角梯度分布均匀性矩阵中值最大的位置为TC中心位置。上述申请都没有利用整幅SAR图像中的信息进行TC中心定位。因此，如何利用整幅SAR图像中的TC风向进行TC中心定位，提高TC中心定位的准确度，是本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种利用合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，SAR)图像精准定位热带气旋(TropicalCyclone，TC)中心的方法。本专利技术利用SAR图像先是进行TC风向反演，基于风向实现TC中心全自动定位，提高了TC中心定位的精度，具有极大的实用价值。为了实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：一种利用合成雷达图像精准定位热带气旋中心的方法，包括步骤：S1、获得含有风条纹信息的SAR图像，对所述图像进行辐射校正及几何校正；S2、将所述SAR图像划分为若干个子图像并反演每个所述子图像中的风向；S3、基于所述子图像中的风向实现所述SAR图像中TC的粗定位；S4、判断所述粗定位的中心是否处于所述SAR图像的内部，若否，将所述粗定位的中心作为所述TC风向的中心；若是，执行步骤S5；S5、以所述粗定位结果为中心，在所述SAR图像的基础上提取目标区域；S6、将所述目标区域划分为若干个子区域并反演每个所述子区域的风向；S7、基于所述子区域中的风向实现所述SAR图像中TC的精定位。进一步地，所述子图像的中心为对SAR图像每行每列以Δp1个像素为间隔确定的风向点，大小为ΔX×ΔY像元数目；所述子区域的中心为对目标区域每行每列以Δp2个像素为间隔确定的风向点，大小为ΔX×ΔY像元数目。进一步地，所述步骤S3具体为：S31、设定一个(M+2A)×(N+2A)大小的搜索区域，该搜索区域的中心和SAR图像(M×N像元数)的中心重合；其中，A为在SAR图像的基础上向外扩展的像元数，M为SAR图像行数，N为SAR图像列数；S32、以Δp1个像素为间隔，在所述搜索区域上的每列每行分别确定a1和b1个搜索点，基于所述搜索点初始化生成a1×b1大小的第一统计矩阵，第一统计矩阵中各元素初始值为0；S33、将补偿角在[-50°，10°]区间内以Δd°为间隔依次对所述子图像中反演得到的风向进行补偿，计算各子图像补偿后风向的垂线，得到组垂线；S34、寻找垂线与每个搜索点所在列的交点，离交点最近的搜索点则认为被这条垂线经过；遍历搜索点，依次记录第一统计矩阵中各搜索点处被各组垂线经过的数目，得到个统计矩阵。S35、选择所有第一统计矩阵中的最大值所在对应第一统计矩阵中的位置作为SAR图像中TC的粗定位中心；若存在多个相同的最大值，则取其对应位置的平均值为粗定位中心。进一步地，所述步骤S7具体为：S71、将大小为m×n的目标区域向四周扩展B个像素以形成一个(m+2B)×(n+2B)大小的搜索区域；其中，m为行数，n为列数；S72、以Δp2个像素为间隔，在所述搜索区域上的每列每行分别确定a2和b2个搜索点，基于所述搜索点初始化生成a2×b2大小的第二统计矩阵；S73、将补偿角在[-50°，10°]区间内以Δd°为间隔依次对所述子区域中反演得到的风向进行补偿，计算各子区域补偿后风向的垂线，得到组垂线；S74、寻找垂线与每个搜索点所在列的交点，离交点最近的搜索点则认为被这条垂线经过；遍历搜索点，依次记录第二统计矩阵中各搜索点处被各组垂线经过的数目，得到个统计矩阵。S75、选择所有第二统计矩阵中的最大值在对应第二统计矩阵中的位置作为TC的精定位中心；若存在多个相同的最大值，则取其对应位置的平均值为粗定位中心。本专利技术还提出一种利用合成雷达图像精准定位热带气旋中心的系统，包括：校正模块，用于获得含有风条纹信息的SAR图像，对所述图像进行辐射校正及几何校正；子图像风向反演模块，用于将所述SAR图像划分为若干个子图像并反演每个所述子图像中的风向；粗定位模块，用于基于所述子图像中的风向实现所述SAR图像中TC的粗定位；判断模块，用于判断所述粗定位的中心是否处于所述SAR图像的内部，若否，将所述粗定位的中心作为所述TC风向的中心；若是，调用目标区域提取模块；目标区域提取模块，用于以所述粗定位结果为中心，在所述SAR图像的基础上提取目标区域；子区域风向反演模块，用于将所述目标区域划分为若干个子区域并反演每个所述子区域的风向；精定位模块，用于基于所述子区域中的风向实现所述SAR图像中TC的精定位。进一步地，所述子图像的中心为对SAR图像每行每列以Δp1个像素为间隔确定的风向点，大小为ΔX×ΔY像元数目；所述子区域的中心为对目标区域每行每列以Δp2个像素为间隔确定的风向点，大小为ΔX×ΔY像元数目。进一步地，所述粗定位模块包括：第一确定模块，用于设定一个(M+2A)×本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用合成雷达图像精准定位热带气旋中心的方法，其特征在于，包括步骤：/nS1、获得含有风条纹信息的合成孔径雷达图像，对所述图像进行辐射校正及几何校正；/nS2、将所述合成雷达图像划分为若干个子图像并反演每个子图像中的风向；/nS3、基于所述子图像中的风向实现所述合成雷达图像中热带气旋的粗定位；/nS4、判断所述粗定位的中心是否处于所述合成雷达图像的内部，若否，将所述粗定位的中心作为所述热带气旋风向的中心；若是，执行步骤S5；/nS5、以所述粗定位结果为中心，在所述合成雷达图像的基础上提取目标区域；/nS6、将所述目标区域划分为若干个子区域并反演每个所述子区域的风向；/nS7、基于所述子区域中的风向实现所述合成雷达图像中热带气旋的精定位。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用合成雷达图像精准定位热带气旋中心的方法，其特征在于，包括步骤：
S1、获得含有风条纹信息的合成孔径雷达图像，对所述图像进行辐射校正及几何校正；
S2、将所述合成雷达图像划分为若干个子图像并反演每个子图像中的风向；
S3、基于所述子图像中的风向实现所述合成雷达图像中热带气旋的粗定位；
S4、判断所述粗定位的中心是否处于所述合成雷达图像的内部，若否，将所述粗定位的中心作为所述热带气旋风向的中心；若是，执行步骤S5；
S5、以所述粗定位结果为中心，在所述合成雷达图像的基础上提取目标区域；
S6、将所述目标区域划分为若干个子区域并反演每个所述子区域的风向；
S7、基于所述子区域中的风向实现所述合成雷达图像中热带气旋的精定位。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述子图像的中心为对合成雷达图像每行每列以Δp1个像素为间隔确定的风向点，大小为ΔX×ΔY像元数目；所述子区域的中心为对目标区域每行每列以Δp2个像素为间隔确定的风向点，大小为ΔX×ΔY像元数目。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：
S31、设定一个(M+2A)×(N+2A)大小的搜索区域，该搜索区域的中心与大小为M×N像元数的合成雷达图像的中心重合；其中，A为在合成雷达图像的基础上向外扩展的像元数，M为合成雷达图像行数，N为合成雷达图像列数；
S32、以Δp1个像素为间隔，在所述搜索区域上的每列每行分别确定a1和b1个搜索点，基于所述搜索点初始化生成a1×b1大小的第一统计矩阵，第一统计矩阵中各元素初始值为0；
S33、将补偿角在[-50°，10°]区间内以Δd°为间隔依次对所述子图像中反演得到的风向进行补偿，计算各子图像补偿后风向的垂线，得到组垂线；
S34、寻找垂线与每个搜索点所在列的交点，离交点最近的搜索点则认为被这条垂线经过；遍历搜索点，依次记录第一统计矩阵中各搜索点处被各组垂线经过的数目，得到个统计矩阵。
S35、选择所有第一统计矩阵中的最大值所在对应第一统计矩阵中的位置作为合成雷达图像中热带气旋的粗定位中心；若存在多个相同的最大值，则取其对应位置的平均值为粗定位中心。


4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S7具体为：
S71、将大小为m×n的目标区域向四周扩展B个像素以形成一个(m+2B)×(n+2B)大小的搜索区域；其中，m为行数，n为列数；
S72、以Δp2个像素为间隔，在所述搜索区域上的每列每行分别确定a2和b2个搜索点，基于所述搜索点初始化生成a2×b2大小的第二统计矩阵；
S73、将补偿角在[-50°，10°]区间内以Δd°为间隔依次对所述子区域中反演得到的风向进行补偿，计算各子区域补偿后风向的垂线，得到组垂线；
S74、寻找垂线与每个搜索点所在列的交点，离交点最近的搜索点则认为被这条垂线经过；遍历搜索点，依次记录第二统计矩阵中各搜索点处被各组垂线经过的数目，得到个统计矩阵。
S75、选择所有第二统计矩阵中的最大值在对应第二统计矩阵中的位置作为热带气旋的精定位中心；若存在多个相同的最大值，则取其对应位置的平均值为粗定位中心。


5.一种利用合成雷达图像精准定位热带气旋中心的系统，其特征在于，包括：校正模...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑罡，王焱，周立章，陈鹏，
申请(专利权)人：自然资源部第二海洋研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33