基于SAR图像的海洋锋尺度特征参数反演方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于SAR图像的海洋锋尺度特征参数反演方法及系统，涉及海洋中尺度现象遥感技术应用领域，包括：采集海洋锋SAR图像，提取海洋锋带域图像，并滤除干扰信息；获取海洋锋锋带二值化图像，海洋锋锋带二值化图像用于提取海洋锋尺度特征参数；根据海洋锋锋带二值化图像，提取海洋锋锋线，以及海洋锋锋带的空间分布图像，获取海洋锋尺度特征参数；本发明专利技术利用海洋锋在SAR图像上的亮线或暗线特征，提出的反演方法，有效解决了海洋锋锋带特征在SAR图像上不明显难以直接获得的问题，为全天时、全天候、高分辨SAR图像在海洋锋特征研究中的应用奠定了技术基础。的应用奠定了技术基础。的应用奠定了技术基础。

【技术实现步骤摘要】
基于SAR图像的海洋锋尺度特征参数反演方法及系统


[0001]本专利技术涉及海洋中尺度现象遥感技术应用领域，尤其涉及基于SAR图像的海洋锋尺度特征参数反演方法及系统。

技术介绍

[0002]海洋锋是特征明显不同的两种或几种水体之间的狭窄过渡带，因此其空间分布具有锋线长度和锋带宽度特征，基于温度、盐度、密度、速度、叶绿素、颜色等环境要素的水平梯度或它们的更高阶微商也表明了这种特征。但随着航天技术的发展，SAR卫星数据资源更加丰富，其全天时、全天候、高分辨的优势在海洋环境研究中发挥了重要作用。由于海洋锋带流场的辐聚辐散和剪切与表面波相互作用，导致锋带的后向散射明显不同于其它地方，在SAR图像上表现为一条亮线或一条暗线，一般采用边缘特征检测技术可以获取海洋锋锋线位置，进而得到海洋锋的长度信息，而锋带宽度特征在图像上不明显或者表现不充分，因此很难直接获得，因此，本专利技术公开了一种基于多参数阈值的SAR图像海洋锋尺度特征参数反演方法，首先基于海洋锋的SAR图像亮线或暗线特征提取海洋锋锋线位置，获得海洋锋锋线的长度信息，然后通过多参数阈值联调获取海洋锋锋带的空间分布，进而得到海洋锋锋带的宽度信息，最后得到海洋锋的锋线长度和锋带宽度等尺度特征参数。对应区域海面温度分布数据表明该方法能够高精度获取海洋锋尺度特征信息，为海洋SAR图像在海洋锋特征研究中的应用提供了技术基础。

技术实现思路

[0003]为了解决现有技术问题，本专利技术提供了基于SAR图像的海洋锋尺度特征参数反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0004]采集海洋锋SAR图像，提取海洋锋带域图像，并滤除干扰信息；
[0005]获取海洋锋锋带二值化图像，海洋锋锋带二值化图像用于提取海洋锋尺度特征参数；
[0006]根据海洋锋锋带二值化图像，提取海洋锋锋线，以及海洋锋锋带的空间分布图像，获取海洋锋尺度特征参数。
[0007]优选地，在提取海洋锋带域图像的过程中，根据海洋锋SAR图像的上亮线或暗线特征，提取海洋锋带域图像，通过中值滤波、经验模态分解，消除海洋锋带域图像的斑点噪声、条带噪声以及海浪的高频信息。
[0008]优选地，在滤除干扰信息的过程中，中值滤波的表达式为：
[0009]g
i,j
＝Med
A
{f
i,j
}＝Med{f
i+r,j+s
,(r,s)∈A,(i,j)∈I2}
[0010]式中，A为滤波窗口，f
i,j
为输入数据，g
i,j
为输出数据。
[0011]优选地，在滤除干扰信息的过程中，经验模态分解的表达式为：
[0012]EMD(I)＝I1+
…
+I
k
+
…
+I
n
+T
[0013]式中，I为原始信号，I
k
表示分解出的模态，T为原始信号的变化趋势。
[0014]优选地，在获取海洋锋锋带二值化图像的过程中，通过获取海洋锋SAR图像的后向散射系数梯度，获得梯度分布图像；
[0015]基于梯度分布图像，通过最大类间方差法，进行图像梯度阈值分割，获取海洋锋锋带二值化图像，其中，疑似锋面信号的像素点值为1，非锋面信号的像素点值为0；
[0016]最大类间方差法的表达式为：
[0017]g＝w0×
w1+w1×
(μ0‑
μ1)2[0018]其中，w0＝N0/(M
×
N)，w1＝N1/(M
×
N)，N0+N1＝
×
N，w0+w1＝1，g表示类间方差，μ0为目标平均灰度，μ1为背景平均灰度，梯度分布图像的图像大小为M
×
N，初始化阈值为T，图像中像素的灰度值小于初始化阈值T的像素个数记作N0，大于初始化阈值T的像素个数记作N1。
[0019]优选地，在提取海洋锋锋线的过程中，根据海洋锋锋带二值化图像，提取海洋锋锋带骨架，获得海洋锋锋线；
[0020]对海洋锋锋线的间断部分进行连接、毛刺剪切，获得平滑、连续的海洋锋锋线，其中，根据海洋锋锋线的所有点间的距离之和，获取海洋锋锋线的长度。
[0021]优选地，在获取海洋锋锋线的长度的过程中，海洋锋锋线的长度的表达式为：
[0022][0023]其中，N表示海洋锋锋线上的点数，lon
i
和lat
i
表示第i点的经纬度。
[0024]优选地，在提取海洋锋锋带的空间分布图像的过程中，通过调整初始化阈值，获取新的海洋锋锋带二值化图像；
[0025]通过设定区域阈值滤除非锋带信息，用于保留特征明显的锋带信息；
[0026]通过设定形态学的多种结构元素阈值，进行不同参数结构元素的闭操作，用于弥合狭窄的间断和细长的沟壑，消除小的孔洞，并填补轮廓线中的裂痕。
[0027]优选地，在获取海洋锋尺度特征参数的过程中，对海洋锋锋带二值化图像进行边缘提取，得到海洋锋锋带的边缘位置；
[0028]根据海洋锋锋线的走向，获取沿经度或纬度的海洋锋锋带的宽度信息，其中，
[0029]在纬度相等时锋宽为：
[0030]front_w＝|lon
a
‑
lon
b
|
×
100.0
[0031]在经度相等时锋宽为：
[0032]front_w＝|lat
a
‑
lat
b
|
×
111.32
[0033]式中，(lon
a
,lon
a
)、(lon
b
,lat
b
)为海洋锋锋线的第a、b点的经纬度。
[0034]基于SAR图像的海洋锋尺度特征参数反演系统，包括：
[0035]数据提取单元，用于采集海洋锋SAR图像，提取海洋锋带域图像，并滤除干扰信息；
[0036]二值化图像提取单元，用于获取海洋锋锋带二值化图像，海洋锋锋带二值化图像用于提取海洋锋尺度特征参数；
[0037]特征提取单元，用于根据海洋锋锋带二值化图像，提取海洋锋锋线，以及海洋锋锋带的空间分布图像，获取海洋锋尺度特征参数。
[0038]本专利技术公开了以下技术效果：
[0039]本专利技术利用海洋锋在SAR图像上的亮线或暗线特征，提出了一种基于多参数阈值
的SAR图像海洋锋尺度特征参数反演方法，有效解决了海洋锋锋带特征在SAR图像上不明显难以直接获得的问题，为全天时、全天候、高分辨SAR图像在海洋锋特征研究中的应用奠定了技术基础。
附图说明
[0040]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于SAR图像的海洋锋尺度特征参数反演方法，其特征在于，包括以下步骤：采集海洋锋SAR图像，提取海洋锋带域图像，并滤除干扰信息；获取海洋锋锋带二值化图像，所述海洋锋锋带二值化图像用于提取海洋锋尺度特征参数；根据所述海洋锋锋带二值化图像，提取海洋锋锋线，以及海洋锋锋带的空间分布图像，获取所述海洋锋尺度特征参数。2.根据权利要求1所述基于SAR图像的海洋锋尺度特征参数反演方法，其特征在于：在提取海洋锋带域图像的过程中，根据所述海洋锋SAR图像的上亮线或暗线特征，提取所述海洋锋带域图像，通过中值滤波、经验模态分解，消除所述海洋锋带域图像的斑点噪声、条带噪声以及海浪的高频信息。3.根据权利要求2所述基于SAR图像的海洋锋尺度特征参数反演方法，其特征在于：在滤除干扰信息的过程中，所述中值滤波的表达式为：g
i,j
＝Med
A
{f
i,j
}＝Med{f
i+r,j+s
,(r,s)∈A,(i,j)∈I2}式中，A为滤波窗口，f
i,j
为输入数据，g
i,j
为输出数据。4.根据权利要求3所述基于SAR图像的海洋锋尺度特征参数反演方法，其特征在于：在滤除干扰信息的过程中，所述经验模态分解的表达式为：EMD(I)＝I1+
…
+I
k
+
…
+I
n
+T式中，I为原始信号，I
k
表示分解出的模态，T为原始信号的变化趋势。5.根据权利要求4所述基于SAR图像的海洋锋尺度特征参数反演方法，其特征在于：在获取海洋锋锋带二值化图像的过程中，通过获取所述海洋锋SAR图像的后向散射系数梯度，获得梯度分布图像；基于所述梯度分布图像，通过最大类间方差法，进行图像梯度阈值分割，获取所述海洋锋锋带二值化图像，其中，疑似锋面信号的像素点值为1，非锋面信号的像素点值为0；所述最大类间方差法的表达式为：g＝w0×
w1+w1×
(μ0‑
μ1)2其中，w0＝N0/(M
×
N)，w1＝N1/(M
×
N)，N0+N1＝
×
N，w0+w1＝1，g表示类间方差，μ0为目标平均灰度，μ1为背景平均灰度，梯度分布图像的图像大小为M
×
N，初始化阈值为T，图像中像素的灰度值小于初始化阈值T...

【专利技术属性】
技术研发人员：许素芹，于振涛，李婷婷，余路，陈标，程普，陈捷，陶荣华，秦锋，刘向君，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军潜艇学院，
类型：发明
国别省市：