[發明專利]合成孔徑雷達圖像的海冰海水的分割方法

有效

• 申請號: 202010411937.3
• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111652289B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 王怡然;李曉明
• 申請（專利權）人: 中國科學院空天信息創新研究院;海南宸極科技發展有限公司
• 主分類號: G06V10/764
• 分類號: G06V10/764;G06V10/82;G06V20/13;G06N3/04;G06N3/08;G06T7/11
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 王燕燕

本發明提供了一種合成孔徑雷達（SAR）圖像的海冰海水的分割方法，包括：對合成孔徑雷達交叉、同極化遙感數據進行預處理；對預處理后的圖像數據利用HV極化、HV極化與HH極化之差，HV極化與HH極化之比三組數據合成三通道遙感圖像；選取不同季節和不同海洋環境條件的三通道遙感圖像進行海冰和海水范圍的人工標注，并對標記好的圖像進行增強操作，生成訓練樣本集；將上述步驟所生成的訓練樣本數據作為輸入，完成對深度學習模型的訓練，得到海冰和海水自動分割模型；以及后續得到海冰和海水的識別的初步結果并最終得到海冰和海水分割的圖像的步驟。本申請充分利用了海水和海冰在不同SAR極化圖像中的響應差異，可以完全自動化實現海冰和海水的分割。

技術領域

本發明涉及衛星遙感海洋監測技術，具體地說，涉及星載合成孔徑雷達(Synthetic aperture radar,簡稱為SAR)海洋遙感，更具體的說，涉及一種合成孔徑雷達圖像的海冰海水的分割方法。

背景技術

海洋遙感(ocean remote sensing)利用傳感器對海洋進行遠距離非接觸觀測，以獲取海洋景觀和海洋要素的圖像或數據資料。海洋不斷向環境輻射電磁波能量，海面還會反射或散射太陽和人造輻射源(如雷達)射來的電磁波能量，故可設計一些專門的傳感器，把它裝載在人造衛星、宇宙飛船、飛機、火箭和氣球等攜帶的工作平臺上，接收并記錄這些電磁輻射能，再經過傳輸、加工和處理，得到海洋圖像或數據資料。

海洋遙感技術主要包括以光、電等信息載體和以聲波為信息載體的兩大遙感技術。海洋遙感技術是海洋環境監測的重要手段。衛星遙感技術的突飛猛進，為人類提供了從空間觀測大范圍海洋現象的可能性。目前，美國、日本、俄羅斯等國已發射了百余顆專用海洋衛星，為海洋遙感技術提供了堅實的支撐平臺。

近年來隨著北極海冰持續消退，冰川消融，和由此帶來的海平面上升、高緯度地區極端天氣不斷出現等一系列的氣候變化，北極地區成為了眾人關注的焦點。北極地區覆蓋的海冰是影響全球氣候的關鍵因素，同時，也影響著大洋環流、水文要素及海洋生物的分布。

在遙感技術出現之前，海冰監測主要由站點，船只及飛機來進行觀測。由于這些方式監測范圍有限，難以提供大范圍的觀測數據。衛星技術的發展解決了這一問題。衛星遙感技術具有大范圍，同步觀測的特點，有利于對海冰進行連續觀測。SAR作為主動微波遙感，具有穿云透雨、全天時全天候觀測和高空間分辨率的特性，使其在海冰觀測上更有優勢。同時，SAR還具備多種極化方式，不同極化方式的圖像上海水和海冰的特征并不相同，進一步為海冰檢測提供了有利條件。

目前基于SAR圖像對海冰和海水進行分割的算法中，主要有基于規則的算法和基于機器學習的算法。基于規則的算法主要使用邊緣提取，分水嶺，灰度共生矩陣，區域生長等技術，結合人工設定的閾值進行海冰和海水的分割。由于不同季節，不同海況條件下，海冰和海水在SAR圖像中會呈現不同的特征，這導致很難人為的確定一種通用的海冰和海水識別的規則?；跈C器學習的算法并不人工預先設定規則，而是讓算法通過已經人工標記好的海冰和海水的檢測結果，即訓練樣本，進行自主學習，自動提取海水和海冰的特征信息并進行區分，從而實現對未標記的數據進行海冰和海水的識別。

發明內容

針對上述問題，本發明提供一種合成孔徑雷達圖像的海冰海水的分割方法，可以更加精確的對海冰海進行圖像分割。

本申請公開的合成孔徑雷達圖像的海冰海水的分割方法，提供了如下技術方案：

根據本發明的一方面，提供了合成孔徑雷達圖像的海冰海水的分割方法，其特征在于，包括：

S11，對合成孔徑雷達交叉、同極化遙感數據進行預處理；

S12，利用HV極化、HV極化與HH極化之差，HV極化與HH極化之比三組數據，合成三通道遙感圖像；

S13，選取不同季節和不同海洋環境條件的三通道遙感圖像進行海冰和海水范圍的人工標注，并對標記好的圖像進行增強操作，生成訓練樣本集；