專利名稱：一種基于引力模型的海洋鋒信息提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海洋鋒信息提取方法，特別是一種基于引力模型的海洋鋒信息提取方法，屬于信息技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
海洋鋒面是海洋水團(tuán)特性明顯不同的兩種或幾種水體之間的狹窄過(guò)渡帶，對(duì)國(guó)民生產(chǎn)、國(guó)防及海洋、氣象有重大影響。航空遙感為海洋鋒信息提取提供了先進(jìn)的技術(shù)手段。目前可用于海洋鋒信息提取的可見光遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)源主要包括低分辨率的NOAA衛(wèi)星的AVHRR 數(shù)據(jù)和 Seasat 的 SeaWiFS 數(shù)據(jù)。對(duì)于海洋鋒的檢測(cè)，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究。直方圖方法(Cayula &Cornillon, 1992，1995)是對(duì)相關(guān)區(qū)域進(jìn)行直方圖檢驗(yàn)，若直方圖呈雙峰型，則說(shuō)明可能存在鋒面信息；若直方圖不呈雙峰型，則可以確定該區(qū)域不存在鋒面信息。對(duì)直方圖呈雙峰型的區(qū)域進(jìn)行區(qū)域相關(guān)性檢驗(yàn)，確定區(qū)域內(nèi)是否存在兩個(gè)獨(dú)立水團(tuán)，若存在兩個(gè)獨(dú)立水團(tuán)則可以進(jìn)行鋒面的提取。Diehl et al (2001)通過(guò)半方差對(duì)鋒面檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行選定，針對(duì)選定的區(qū)域，基于直方圖方法進(jìn)行鋒面檢測(cè)。具體研究和實(shí)例可以在以下文獻(xiàn)中查到[1]CAYULA, J.F.andC0RNILL0N，P. 1992.Edge detection algorithm for SSTimages. Journal of Atmospheric andOceanic Technology,9, pp.67-80. [2]CAYULA, J.F. and C0RNILL0N, P. 1995. Mult1-1mage edgedetection for SST images. Journal ofAtmospheric and Oceanic Technology,12, pp. 821-829. [3]DIEHL, F. , BUDD, ff. , ULLMAN, D.and CAYULA, J. F. 2001. Geographic window sizes appliedto remote sensingsea surface temperature front detect ion. Journal of Atmospheric andOceanicTechnology 19, pp. 1105-1113.Vazquez et al. (1998)提出一種基于熵的鋒面檢測(cè)算法。其主要包括兩個(gè)步驟，一是基于熵的邊緣檢測(cè)，二是邊緣連接。基于熵的邊緣檢測(cè)首先針對(duì)水平、垂直、兩個(gè)對(duì)角線四個(gè)方向，選取兩個(gè)相鄰的5*5區(qū)域，計(jì)算兩個(gè)區(qū)域的熵值，選取閾值，進(jìn)行邊緣檢測(cè)。Shimada etal (2005)針對(duì)上述方法進(jìn)行了改進(jìn)，使用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法取代邊緣連接。具體研究和實(shí)例可以在以下文獻(xiàn)中查到[1]VAZQUEZ，D. and ATAE-ALLAH, C. 1998.Entropic approach to edgedetection for SST images. Journal of Atmospheric andOceanic Technology,16，pp.970-979. [2]SHIMADA,T.，SAKAIDA, F.，KAWAMURA, H. and0KUMURA, T. 2005. Application of anedge detection method to satellite images fordistinguishing sea surface temperature fronts near thejapanese coast. RemoteSensing of Environment, 98(I), pp. 21-34.經(jīng)典的邊緣檢測(cè)算法同樣可用于海洋鋒面檢測(cè)。梯度強(qiáng)度算子(Sobel, Prewitt, Kirsch 等)可用于海洋紋理分析(Sauter and Parson, 1994)和環(huán)流的自動(dòng)檢測(cè)(Janowitz, 1985)。二階算子(the Laplacian or Laplacian of Gaussian)可用于海洋漁業(yè)檢測(cè)(Savage et al.，1994)。Canny算子作為經(jīng)典的邊緣檢測(cè)算子，同樣可以用于海洋鋒面提取。Oram and James (2007)用Canny算子進(jìn)行南加州灣鋒面的探測(cè)，Shi (2010)綜合Canny算子和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)，針對(duì)中國(guó)南海進(jìn)行鋒面檢測(cè)。具體研究和實(shí)例可以在以下文獻(xiàn)中查到[I] SAUTER, D.，andPARSON, L. 1994. Spatialfiltering for speckle reduction contrast enhancement,and textureanalysisof GLORIA images.1EEE J. Oceanic Eng.，19，pp. 563-576. [2]JAN0WITZ，M.F. 1985.Automatic detection of Gulf Stream rings. Office of Naval Research Tech.Rep. TR-J8501，Contr. N-00014-79-C-0629，45pp. [Available from Office ofNaval Research, 800N. Quincy St., Arlington, VA 22217-5660.] [3]SAVAGE，C.R.，PETRELL, R. J. and NEUFELD，T.P. 1994. Underwater fish video images :1magequality and edge detection techniques. Can. Agric.End.，36，pp. 175-183. [4]ORAM, J.，MCWILLIAMS, J. and STOLZENBACH, K. 2008. Gradient-basededge detectionand feature classification of sea—surface images of the southern Californiabight. Remote Sensing of Environment, 112 (5), pp.2397-2415. [5]SHI HANQING,ZHANG WEI andYIN ZHIQUAN. 2010. Study on ocean front detection based on Cannyoperator and mathematicalmorphology.1nternational Conference on RemoteSensing,978-1-4244-8729-5/10.Sun et al (2007)提出基于萬(wàn)有引力定律的邊緣檢測(cè)算法，該算法是將數(shù)字影像的每一個(gè)像素點(diǎn)都作為一個(gè)天體，并將其像素值作為其質(zhì)量，根據(jù)牛頓的萬(wàn)有引力定律，計(jì)算鄰域像素對(duì)中心點(diǎn)的引力和，得到引力幅值，并基于Ostu方法得到閾值，最終得到邊緣影像。張春雪(2011)利用兩個(gè)非線性梯度為自變量的函數(shù)代替中心像素點(diǎn)的質(zhì)量，并結(jié)合萬(wàn)有引力算法進(jìn)行邊緣檢測(cè)。具體研究和實(shí)例可以在以下文獻(xiàn)中查到[l]GenyUn Sun,Qinhuo Liu,Qiang Iiu al. A novel approach for edge detection based on the theoryof universal gravity. PatternRecognition, 2007,40 (2007) 2766-2775. [2]張春雪，陳秀宏.基于非線性濾波的萬(wàn)有引力邊緣檢測(cè)方法.計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2011，31 (3) :763-766.目前海洋鋒面提取多受到噪聲的干擾，海洋鋒面信息多屬于弱信息，強(qiáng)度較低，檢測(cè)效果易受到噪聲和細(xì)小邊緣的影響。一方面，當(dāng)鋒面信息定位精度高時(shí)，往往伴隨著較大的噪聲干擾；而當(dāng)對(duì)噪聲進(jìn)行較好抑制時(shí)，鋒面信息往往不能得到充分檢測(cè)?；谌f(wàn)有引力定律的海洋鋒面檢測(cè)受噪聲和細(xì)小邊緣的影響較大，對(duì)像素值為0的像素的引力計(jì)算存在問(wèn)題，且受到原始圖像明暗程度的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明技術(shù)解決方案為了克服現(xiàn)有鋒面檢測(cè)算法和引力計(jì)算在鋒面檢測(cè)上的不足，提供一種基于引力模型的海洋鋒面信息提取方法，該方法對(duì)海洋鋒面信息進(jìn)行提取，提高了海洋鋒面信息提取的精度和準(zhǔn)確度，且能較好的抑制噪聲和細(xì)小邊緣的影響。本發(fā)明的技術(shù)解決方案基于引力模型的海洋鋒信息提取方法，其特點(diǎn)在于通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)的歸一化和增強(qiáng)，基于引力公式計(jì)算鄰域像素對(duì)中心點(diǎn)的引力和，并將各個(gè)像素點(diǎn)的引力值與預(yù)設(shè)的閾值比較，從而得到海洋表面溫度鋒信息，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下步驟(I):讀取海洋表面溫度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為hdf，選取特定海洋鋒面區(qū)域。對(duì)選取的海洋表面溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行3*3模板的二維中值濾波，濾除相關(guān)噪聲和細(xì)小邊緣；
步驟(2):對(duì)濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行判定，若像素點(diǎn)值為0，則將該像素點(diǎn)加一個(gè)極小量0. 001，若像素點(diǎn)值大于0，則將該像素點(diǎn)的值保留；步驟(3):針對(duì)每一個(gè)像素點(diǎn)，選取該像素點(diǎn)的3*3鄰域，將3*3鄰域內(nèi)的像素點(diǎn)同除該3*3區(qū)域中的最大值，達(dá)到對(duì)該3*3區(qū)域的歸一化；步驟(4):基于函數(shù)
權(quán)利要求
1.一種基于引力模型的海洋鋒信息提取方法，其特征在于，通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)的歸一化和增強(qiáng)，基于引力公式計(jì)算鄰域像素對(duì)中心點(diǎn)的引力和，并將各個(gè)像素點(diǎn)的引力值與預(yù)設(shè)的閾值比較，從而得到海洋表面溫度鋒信息，所述方法包括以下步驟 步驟(I):讀取海洋表面溫度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為hdf·，選取特定海洋鋒面區(qū)域。對(duì)選取的海洋表面溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行3*3模板的二維中值濾波，濾除相關(guān)噪聲和細(xì)小邊緣； 步驟(2):對(duì)濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行判定，若像素點(diǎn)值為O，則將該像素點(diǎn)加一個(gè)極小量O.001，若像素點(diǎn)值大于0，則將該像素點(diǎn)的值保留； 步驟(3):針對(duì)每一個(gè)像素點(diǎn)，選取該像素點(diǎn)的3*3鄰域，將3*3鄰域內(nèi)的像素點(diǎn)同除該3*3區(qū)域中的最大值，達(dá)到對(duì)該3*3區(qū)域的歸一化； 步驟(4):基于函數(shù)，
全文摘要
一種基于引力模型的海洋鋒信息提取方法，所屬領(lǐng)域是信息技術(shù)領(lǐng)域，主要用于海洋鋒的自動(dòng)提取。本發(fā)明提出了基于萬(wàn)有引力公式的引力模型，并基于該模型進(jìn)行鋒面檢測(cè)。首先對(duì)選取的海洋表面溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行中值濾波，去除相關(guān)噪聲和細(xì)小邊緣，對(duì)濾波后數(shù)據(jù)進(jìn)行去0處理和歸一化，利用函數(shù)增強(qiáng)處理后數(shù)據(jù)的對(duì)比度，最后利用萬(wàn)有引力公式計(jì)算3*3鄰域像素對(duì)中心像素的引力和，選取合適閾值進(jìn)行圖像二值化，得到最終的海洋鋒信息。本發(fā)明簡(jiǎn)單靈活，鋒面定位精度高，能降低噪聲對(duì)鋒面檢測(cè)的影響。
文檔編號(hào)G06T7/00GK103020959SQ20121048507
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月24日
發(fā)明者杜云艷, 平博, 蘇奮振, 周成虎 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所