[發明專利]基于圖像分割的海洋鋒面提取方法

有效

• 申請號: 201710452225.4
• 申請日: 2017-06-15
• 公開（公告）號: CN107274420B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 周為峰;黎安舟;戴陽;唐峰華;張衡
• 申請（專利權）人: 中國水產科學研究院東海水產研究所
• 主分類號: G06T7/12
• 分類號: G06T7/12;G06T7/136;G06T7/194
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

本發明涉及一種基于圖像分割的海洋鋒面提取方法，包括海洋水文要素圖像的中值濾波處理；利用區域生長算法并以變異系數大小為合并準則對海洋水文要素圖像進行圖像分割；對分割后圖像進行區域邊界檢測及邊界細化處理；海洋水文要素圖像梯度計算及梯度圖像二值化處理；區域邊界圖像與梯度二值化圖像疊加對比及鋒面像元篩選。本發明克服現有海洋鋒面提取方法的不足，鋒面提取結果受噪聲影響較小，連續性更好，并且能獲取更平滑的鋒面中心線，為與海洋鋒面分布相關的漁業生產計劃制訂、漁情預報、海洋生物棲息地調查、海洋流場結構分析等提供基礎。

技術領域

本發明涉及遙感信息技術和物理海洋領域，特別涉及到一種以衛星遙感海洋水文要素數據為基礎，利用數字圖像處理技術對海洋鋒面進行提取的方法。

背景技術

海洋鋒面是兩個類型不同的水團或水系間的分界面，在鋒面處對應的水文要素(如溫度、葉綠素濃度、鹽度等)急劇變化，形成對應水文要素的高梯度區域。海洋鋒面處海水輔聚，垂直運動加強，同時海水攜帶的營養物質在此處富集，為浮游生物、魚類等提供豐富的餌料，從而易于形成良好的漁場，所以海洋鋒面與海洋能量交換與物質輸送、海洋生態系統和漁業資源分布密切相關。因此海洋鋒面的提取對漁業生產計劃制訂、漁情預報、海洋生物棲息地調查、海洋流場結構分析等領域具有重要意義。

遙感技術能在同一時間獲取大面積海洋要素觀測數據，遙感數據優良的連續性以及同步性使其被廣泛應用于海洋鋒的提取。海洋鋒面是對應水文要素圖像的邊緣信息，因此海洋鋒面的提取往往被認為是一種海洋水文要素圖像的邊緣檢測的過程。目前海洋鋒面主要通過sobel算法或canny算法進行提取。sobel 算法是根據海洋鋒面處對應水文要素呈現較高水平梯度的原理，先利用sobel算子計算水文要素圖像的像元梯度，再設置合理的閾值將梯度值高于該閾值的像元作為鋒面像元。canny算法則先通過高斯濾波去除圖像噪聲，再計算圖像梯度及梯度方向，然后通過非極大值抑制去除偽邊緣，最后利用高、低閾值實現邊緣檢測和邊緣連接。sobel算法和canny算法均是通過對海洋水文要素圖像中的高梯度像元進行處理從而實現鋒面的提取，且sobel算法和canny算法在其設計之初均是用于強邊緣(如固體邊緣)的提取，被處理的對象邊緣特征十分明顯，邊緣處像元梯度值突然增大，因此才能獲取較為連續且寬度較小的邊緣線。然而海洋屬于流體，海洋中各水文要素在衛星影像中呈現出弱邊緣的特征，即邊緣不明顯，邊緣處像元梯度值增長相對固體邊緣而言較為平緩。sobel算法只能獲取寬度較大的帶狀鋒面區域而無法獲取鋒面中心線，而且圖像噪聲所在處同樣是圖像高梯度區域，sobel算法僅通過單一的閾值難以區分噪聲信息和鋒面信息，因此sobel算法鋒面提取結果受噪聲影響較大；Canny算法通過高斯濾波和雙閾值檢測過程降低了噪聲對鋒面提取結果的影響，同時非極大值抑制和雙閾值檢測過程可以實現寬度為單像元大小的鋒面中心線的獲取，但是在利用 canny算法進行鋒面提取時，海洋水文要素圖像的弱邊緣特征使得一些較弱的邊緣信息在非極大值抑制或雙閾值檢測過程中被剔除，從而導致鋒面提取結果連續性不佳，并出現較多的破碎鋒，此外canny算法需要同時設定高、低兩個閾值，同時設定雙閾值組合的方式無法分別確定高、低閾值的選取對鋒面提取結果的影響，從而加大了閾值調整的難度。

海洋鋒面的本質是不同性質水團或水系的分界面，因此，可以先通過圖像分割將海洋水文要素圖像分割成若干不同性質的區域(即水團)，然后再搜索不同區域間的邊界，該邊界即為海洋鋒面。經過圖像分割后的海洋水文要素圖像的邊緣信息得到加強，同時圖像噪聲被削弱，因此，對分割后的水文要素圖像進行邊緣檢測以實現海洋鋒面的提取，提取結果會有更好的連續性，且受噪聲影響較小。

發明內容