[發明專利]一種基于最優尺度鄰域信息的海上溢油SAR圖像軟分割方法

在審

• 申請號: 201910340051.1
• 申請日: 2019-04-25
• 公開（公告）號: CN110070549A
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 王斌;宋冬梅;甄宗晉;譚旋;任慧敏;劉善偉;崔建勇
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/136
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 戴鳳儀

本發明公開一種基于最優尺度鄰域信息的海上溢油SAR圖像軟分割方法，包括拍攝海水區域的圖像，并對圖像進行濾波處理，在處理后的圖像中選取溢油區域、海水區域的感興趣區域，分別記為Sea_ROI、Oil_ROI；計算Sea_ROI的灰度值中位數，統計Oil_ROI的純度；隨機選取一個海水感興趣區域的像素點，以像素點為中心構建多個尺度的鄰域矩陣；再構建隸屬度函數,分別計算每個像素屬于海水和溢油的隸屬度；選擇出最優尺度，逐像素解算其鄰域信息，遍歷整幅圖像，得到全圖像的隸屬度矩陣；根據不同的隸屬度劃分隸屬度矩陣，得到分割圖像；本發明能夠有效的描述溢油和海水邊界的模糊性，進而清楚的了解溢油發生的位置、溢油量和擴散趨勢，使工作人員及時有效的做出相應控制措施。

技術領域

本發明涉及海洋污染處理領域，特別是涉及一種最優尺度鄰域信息的海上溢油SAR圖像軟分割方法。

背景技術

海上溢油是造成海洋環境污染損害的主要因素之一，應用SAR監測海上溢油已成為目前主要的手段。海上溢油發生后，通常要了解發生的位置、溢油量和擴散趨勢。衛星遙感作為最重要和最有效的監測手段之一，在海上溢油監測和應急響應中發揮著越來越重要的作用。

Bragg共振散射機制是SAR海面成像的主要原理，當海面上有油膜存在時，海面上的短重力波會受到阻尼作用，從而減弱雷達的后向散射回波信號，因此油膜在SAR圖像中呈現出暗區域。Solberg指出，SAR溢油檢測包含3個步驟：1)暗斑識別；2)特征提??；3)溢油檢測。其中，暗斑識別是利用圖像分割來實現的，圖像分割的效果直接影響溢油位置、面積信息的提取和溢油檢測的精度，因此圖像分割在SAR溢油檢測中非常關鍵。

在以往的SAR溢油圖像分割方法中，應用最廣泛的是基于閾值分割的方法，包括單閾值分割、自適應的閾值分割以及雙閾值分割方法。這類方法的特點是原理簡單、實現速度快，但傳統的基于閾值分割的海面遙感溢油圖像分割只考慮了圖像單個像素的灰度值，沒有考慮像素之間的相關性，分割準確性差，易受海面斑點噪聲影響，且有些算法對含有油膜的海洋SAR圖像的灰度分布有較高要求，因而對油膜提取準確度不高。有學者將馬爾科夫隨機場(Markov Random Field，MRF)以及Chan-Vese(CV)等模型應用于海面溢油檢測，取得了不錯效果，但該類算法同時也存在一些缺點：算法復雜度較高，運算量較大，同時受到相干斑噪聲的影響。從模糊數學的角度，圖像分割方法又可分成圖像硬分割和圖像軟分割，閾值分割和基于MRF的分割都是屬于硬分割的范疇，即把每一個待劃分的圖像像素嚴格地歸類到某一區域，具有“非此即彼”的性質，難以描述SAR圖像中溢油和非溢油像素邊界的模糊性。

除此之外，還有使用OTSU算法、MRF模型的ICM算法進行圖像分割。其中OTSU算法這種方法只考慮了圖像中單個像素的灰度值，沒有考慮像素之間的相關性，分割準確性差；此外，當圖像中溢油像素數量較少，且噪聲像素對應的灰度值范圍較寬時，影像灰度直方圖通常只包含一個峰值，閾值法不再適用，這種條件下的圖像所分割出的溢油區域難獲滿意效果；MRF模型是統計學領域最重要的模型之一，在基于MRF模型的圖像分割算法中，使用ICM算法對圖像分割，表示為某個函數形式的優化問題，然后找到它的優化解，如果解可以表示為數據的某個解析函數，那么可以很快求解，描述了圖像的一種局部分布屬性，這類方法依賴初始值的選取，容易陷入局部最小值，雖然利用了相鄰像素之間的相關信息，但是仍受SAR圖像中斑點噪聲的影響，分割結果中出現很多細碎的斑塊，導致溢油檢測不準確，無法及時了解到海上溢油的相關情況，海洋環境污染更加嚴重。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于最優尺度鄰域信息的海上溢油SAR圖像軟分割方法，以解決上述現有技術存在的問題。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：本發明提供一種基于最優尺度鄰域信息的海上溢油SAR圖像軟分割方法，包括如下步驟：