一种SAR影像海洋内波条纹分割方法、设备及存储介质技术

本发明专利技术涉及一种SAR影像海洋内波条纹分割方法、设备及存储介质，该方法包括以下步骤：步骤S1、获取海洋内波SAR影像，并采用Gabor变换对海洋内波SAR影像进行特征提取，得到特征图像；步骤S2、利用K均值聚类算法对特征图像进行条纹分割，分离海洋内波中明/暗条纹与背景，并根据类间差自动判断暗/明条纹所在区域；步骤S3、构建明/暗条纹轮廓的最小外接矩形，沿最小外接矩形长边法线方向平移设定距离得到暗/明条纹所在位置。与现有技术相比，本发明专利技术的方法对于海洋内波特征较强的SAR图像明暗条纹分割效果较好，可以较好地识别出与背景相差较大的明或暗条纹特征，具有鲁棒性强，准确度高的优点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种SAR影像海洋内波条纹分割方法、设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及内波探测
，尤其是涉及一种SAR影像海洋内波条纹分割方法、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]海洋内波一种普遍存在于稳定分层的海洋内部的波动现象。它具有突发性强，破坏力强，能量巨大的特点。海洋内波对海洋结构以及表面的动力过程有很大影响，也严重影响着海洋工程结构安全。因此，准确地了解海洋内波发生的位置是十分必要的。
[0003]由于合成孔径雷达SAR(Synthetic Aperture Radar)具有全天时、全天候和高分辨率成像的优势，这使得海洋内波遥感研究受到了广泛的关注。但在现有的海洋内波遥感研究中，大多都只是提取出海洋内波条纹信息，并没有对明暗条纹各自的具体位置进行区分。由于肉眼观察主观性强且效率低下，从图像中提取出特征进而反应事物演变规律和变化历程变得迫在眉睫。
[0004]海洋内波的明暗条纹特征可直接反映海洋内波的传播信息及演变规律，因而对SAR影像中海洋内波进行特征提取，并将海洋内波明暗条纹与背景分离具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供了一种SAR图像明暗条纹分割效果较好的SAR影像海洋内波条纹分割方法、设备及存储介质。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]根据本专利技术的第一方面，提供了一种SAR影像海洋内波条纹分割方法，该方法包括以下步骤：
[0008]步骤S1、获取海洋内波SAR影像，并采用Gabor变换对海洋内波SAR影像进行特征提取，得到特征图像；
[0009]步骤S2、利用K均值聚类算法对特征图像进行条纹分割，分离海洋内波中明条纹与背景，并根据类间差自动判断暗条纹所在区域，或分离海洋内波中暗条纹与背景，并根据类间差自动判断明条纹所在区域；
[0010]步骤S3、基于暗条纹所在区域，构建明条纹轮廓的最小外接矩形，沿最小外接矩形长边法线方向平移设定距离得到暗条纹所在位置，或基于明条纹所在区域，构建暗条纹轮廓的最小外接矩形，沿最小外接矩形长边法线方向平移设定距离得到明条纹所在位置。
[0011]优选地，所述步骤S1中采用Gabor变换对海洋内波SAR影像进行特征提取，得到特征图像，具体为：基于Gabor核函数与滤波图像之间的对应关系，构建表征不同波长和方向的Gabor核函数，分别与海洋内波SAR影像进行卷积，得到不同Gabor核函数下对不同特征响应的多维滤波图像，然后经过高斯平滑，将多维滤波图像合成一维图像，提取出用于分类的特征图像。
[0012]优选地，所述Gabor变换为仅取Gabor滤波器实部的偶对称滤波器，对应的Gabor滤
波器实部表达式为：
[0013][0014]式中，x,y为像素点位置坐标，x
′
，y
′
为Gabor核函数旋转生成的新坐标，λ为余弦函数波长；θ为平行条带的法线方向即纹理方向，在0
°‑
180
°
之间以设定间隔进行选取；ψ为余弦函数的相位参数，ψ值取0
°
；σ为高斯函数的标准差；γ为Gabor函数的空间纵横比。
[0015]优选地，所述余弦函数波长λ与空间频率的对应关系为：
[0016][0017]式中，空间频率通过归一化变换为
‑
0.5到0.5之间，F
L
为0到0.25之间的空间频率，F
H
为0.25到0.5之间的空间频率；N
c
为图像大小；σ由得出，b为半响应空间频率带宽。
[0018]优选地，所述步骤S1中纹理方向θ在0
°‑
180
°
之间以30
°
为间隔进行选取。
[0019]优选地，所述高斯平滑采用的高斯函数表达式为：
[0020][0021]式中，σ
G
为高斯窗口标准差，x,y为像素点位置坐标。
[0022]优选地，所述步骤S2中利用K均值聚类算法对特征图像进行条纹分割，具体为：
[0023]1)初始化聚类数目K，随机创建一个初始划分，并给定聚类初始中心；
[0024]2)采用迭代方法通过将聚类中心不断地移动来改进划分效果，直到准则函数收敛，其中，准则函数表达式为：
[0025][0026]式中，E为误差平方和，k为类别的数目，x为当前类别值，为类别C
i
的平均值。
[0027]优选地，所述步骤S3中基于明条纹所在区域，构建暗条纹轮廓的最小外接矩形，沿最小外接矩形长边法线方向平移设定距离得到明条纹所在位置，具体为：
[0028]基于海洋内波图像特性，利用各暗条纹轮廓的最小外接矩形，沿该矩形长边的法线方向平移设定距离D
i
，即为各明条纹所在位置；记分割所得暗条纹区域为集合m，将该区域沿内外法线方向分别平移距离D
i
可得两个同样大小的区域，分别记为n和p，形成三个大小相同的区域，即相同数量的坐标点集合；其中，集合m对应暗条纹，集合n则对应着明条纹或背景区域，集合p则相应确定；在原始图像中，自动判断出类间差较大的一侧为明条纹所在区域，自动提取出明条纹
[0029]根据本专利技术的第二方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器
上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现任一项所述的方法。
[0030]根据本专利技术的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现任一项所述的方法。
[0031]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0032]1)本专利技术的研究对于海洋内波特征较强的SAR图像明暗条纹分割效果较好，可以较好地识别出与背景相差较大的明或暗条纹特征。
[0033]2)本专利技术可进一步通过比较类间差自动判断出对应的暗或明条纹的相对位置，从而实现了海洋内波明暗条纹的特征提取，为后续的海洋内波参数反演研究奠定了基础。
附图说明
[0034]图1为海洋内波SAR图像(11200
×
9600)(中心点经纬度坐标为48
°
35
′
W，29
°
17
′
S)；
[0035]图2为所选区域海洋内波SAR图像(1024
×
1024)；
[0036]图3为海洋内波的特征提取流程图；
[0037]图4为最优IoU下的暗条纹分割效果图；
[0038]图5为最优IoU下的暗条纹分割效果对比图；
[0039]图6为条纹平移示意图；
[0040]图7为海洋内波明暗条纹分割图；其中a、b、c分别为三种不同的海洋内波SAR图像；i～vi依次为海洋内波SAR图像原图、手动分割图、中值滤波后分割图、Gabor滤波后分割图、明本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SAR影像海洋内波条纹分割方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤S1、获取海洋内波SAR影像，并采用Gabor变换对海洋内波SAR影像进行特征提取，得到特征图像；步骤S2、利用K均值聚类算法对特征图像进行条纹分割，分离海洋内波中明条纹与背景，并根据类间差自动判断暗条纹所在区域，或分离海洋内波中暗条纹与背景，并根据类间差自动判断明条纹所在区域；步骤S3、基于暗条纹所在区域，构建明条纹轮廓的最小外接矩形，沿最小外接矩形长边法线方向平移设定距离得到暗条纹所在位置，或基于明条纹所在区域，构建暗条纹轮廓的最小外接矩形，沿最小外接矩形长边法线方向平移设定距离得到明条纹所在位置。2.根据权利要求1所述的一种SAR影像海洋内波条纹分割方法，其特征在于，所述步骤S1中采用Gabor变换对海洋内波SAR影像进行特征提取，得到特征图像，具体为：基于Gabor核函数与滤波图像之间的对应关系，构建表征不同波长和方向的Gabor核函数，分别与海洋内波SAR影像进行卷积，得到不同Gabor核函数下对不同特征响应的多维滤波图像，然后经过高斯平滑，将多维滤波图像合成一维图像，提取出用于分类的特征图像。3.根据权利要求2所述的一种SAR影像海洋内波条纹分割方法，其特征在于，所述Gabor变换为仅取Gabor滤波器实部的偶对称滤波器，对应的Gabor滤波器实部表达式为：式中，x,y为像素点位置坐标，x
′
，y
′
为Gabor核函数旋转生成的新坐标，λ为余弦函数波长；θ为平行条带的法线方向即纹理方向，在0
°‑
180
°
之间以设定间隔进行选取；ψ为余弦函数的相位参数，ψ值取0
°
；σ为高斯函数的标准差；γ为Gabor函数的空间纵横比。4.根据权利要求3所述的一种SAR影像海洋内波条纹分割方法，其特征在于，所述余弦函数波长λ与空间频率的对应关系为：式中，空间频率通过归一化变换为
‑
0.5到0.5之间，F
L
为0到0.25之间的空间频率，F
H
为0.25到0.5之间的空...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪生，陆姣姣，祁开拓，郑应刚，丁隆宇，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：