本發(fā)明屬于圖像處理領(lǐng)域，具體涉及一種SAR海岸圖像中海岸線提取方法。
背景技術(shù)：
：海岸線是陸地和海洋的分界線，是海岸帶的基本組成部分，同時(shí)也是劃定海岸帶范圍的重要依據(jù)，由于人類活動(dòng)和自然環(huán)境變化等因素的影響，海岸線不斷變化，直接影響到海岸帶的建設(shè)、管理和保護(hù)。因此，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的海岸線監(jiān)測(cè)對(duì)于臨海國(guó)家的海岸帶建設(shè)十分重要。合成孔徑雷達(dá)(SyntheticApertureRadar，SAR)系統(tǒng)不受氣候條件及日照的影響，可以全天候全天時(shí)對(duì)海岸線情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，目前已經(jīng)成為海岸線監(jiān)測(cè)的有效工具。但由于SAR系統(tǒng)特殊的成像機(jī)制使得SAR海岸圖像含有大量的斑點(diǎn)噪聲，對(duì)實(shí)現(xiàn)SAR海岸圖像中海岸線提取造成極大干擾。因此，針對(duì)SAR海岸圖像進(jìn)行海岸線提取是圖像處理研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。目前，圖像邊緣檢測(cè)方法被認(rèn)為是SAR海岸圖像中海岸線提取最為有效的方法，而以往的圖像邊緣檢測(cè)方法大多是基于圖像局部信息來進(jìn)行提取的，如Canny算子、Sobel算子、Roberts算子、Prewitt算子和Laplacian算子等，雖然這些算子具有操作簡(jiǎn)單、運(yùn)算速度快等優(yōu)點(diǎn)，但是抗噪能力差，邊緣定位不夠準(zhǔn)確，尤其是對(duì)含有大量斑點(diǎn)噪聲的SAR圖像，以上方法均不能取得較好的海岸線提取結(jié)果。經(jīng)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，G0分布是基于乘性噪聲發(fā)展而來的統(tǒng)計(jì)分布模型，是目前SAR海岸圖像數(shù)據(jù)建模的一個(gè)重要模型，利用G0分布對(duì)SAR海岸圖像建模，可以有效的降低噪聲對(duì)海岸線提取過程中的影響，并能夠很好地描述SAR海岸圖像中均勻、不均勻和極不均勻區(qū)域，對(duì)于海岸線提取有很大優(yōu)勢(shì)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種SAR海岸圖像中海岸線提取方法。本發(fā)明的技術(shù)方案：一種SAR海岸圖像中海岸線提取方法，包括以下步驟：步驟1：獲取SAR海岸圖像；步驟2：確定圖像中初始海洋區(qū)域和初始陸地區(qū)域：步驟2-1：將SAR海岸圖像劃分為大小相等的子塊；步驟2-2：根據(jù)G0分布求解每個(gè)子塊的形狀參數(shù)和尺度參數(shù)α^=-1+n×m^1n×m^1-(n+1/2)m^1/22γ^=(-α^-1)×m^1/2]]>其中，n為等效視數(shù)，zi為子塊中的第i個(gè)像素點(diǎn)的灰度值，R為子塊中像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)；步驟2-3：對(duì)設(shè)定閾值T，大于T的子塊覆蓋區(qū)域記為海洋，小于T的子塊覆蓋區(qū)域記為陸地，得到初始海洋區(qū)域和初始陸地區(qū)域；步驟3：計(jì)算初始海洋區(qū)域的幾何中心；步驟4：以初始海洋區(qū)域的幾何中心為起點(diǎn)，以θ為間隔角度向四周做射線，并將未經(jīng)過初始陸地區(qū)域的射線刪除；步驟5：確定第p條射線上的海岸邊界點(diǎn)：步驟5-1：第p條射線所經(jīng)過的像素點(diǎn)為其中j＝{1,2,…,mp}，mp為第p條射線所經(jīng)過像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，以及其周圍的8個(gè)像素點(diǎn)作為子塊，將該子塊形狀參數(shù)和尺度參數(shù)值作為像素點(diǎn)的形狀參數(shù)和尺度參數(shù)步驟5-2：求出第p條射線所經(jīng)過的每個(gè)像素點(diǎn)的似然函數(shù)l(j)值：l(j)=Σk=1jln(fG0(zkp;α^rp,γ^rp))+Σk=j+1mpln(fG0(zkp;α^bp,γ^bp))]]>其中，表示第p條射線上所有像素點(diǎn)的值的集合，表示第p條射線上所有像素點(diǎn)的值的集合，為第p條射線上第k個(gè)像素點(diǎn)的灰度值，Γ()代表伽馬函數(shù)；步驟5-3：使|vj1-vj2|取最大值的第j個(gè)像素點(diǎn)為第p條射線上的海岸邊界點(diǎn)，其中，步驟6：重復(fù)執(zhí)行步驟5，直到找出所有射線上的海岸邊界點(diǎn)；步驟7：將所有海岸邊界點(diǎn)依次連接，得到海岸線。有益效果：一種SAR海岸圖像中海岸線提取方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)勢(shì)：(1)傳統(tǒng)的邊緣檢測(cè)方法用于海岸線提取時(shí)難以克服SAR圖像固有的斑點(diǎn)噪聲，G0分布的參數(shù)對(duì)被測(cè)區(qū)域的地表復(fù)雜程度十分敏感，不僅適合對(duì)均勻區(qū)域、粗糙區(qū)域及極度粗糙區(qū)域進(jìn)行精確建模，而且計(jì)算簡(jiǎn)單，是一種參數(shù)更少，更簡(jiǎn)單實(shí)用的統(tǒng)計(jì)分布模型；(2)方法易于實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行速度快，且適用于大尺度圖像。附圖說明圖1為本發(fā)明一種實(shí)施方式的SAR海岸圖像中海岸線提取方法流程圖；圖2為本發(fā)明一種實(shí)施方式的SAR海岸圖像中海岸線提取方法的SAR海岸圖像；圖3為本發(fā)明一種實(shí)施方式的SAR海岸圖像中海岸線提取方法的海洋區(qū)域獲取流程圖；圖4為本發(fā)明一種實(shí)施方式的SAR海岸圖像中海岸線提取方法子塊劃分示意圖；圖5為本發(fā)明一種實(shí)施方式的SAR海岸圖像中海岸線提取方法的初始海洋區(qū)域示意圖；圖6為本發(fā)明一種實(shí)施方式的SAR海岸圖像中海岸線提取方法的海岸邊界點(diǎn)獲取流程圖；圖7為本發(fā)明一種實(shí)施方式的SAR海岸圖像中海岸線提取結(jié)果圖，其中(a)為SAR海岸圖像中海岸線提取結(jié)果，(b)為海岸線提取結(jié)果和SAR海岸圖像疊加圖；圖8為本發(fā)明一種實(shí)施方式的基于Canny算子的SAR海岸圖像中海岸線提取結(jié)果圖，其中(a)為SAR海岸圖像中海岸線提取結(jié)果，(b)為海岸線提取結(jié)果和SAR海岸線圖像疊加圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一種實(shí)施方式作詳細(xì)說明。如圖1所示，本實(shí)施方式的一種SAR海岸圖像中海岸線提取方法，包括以下步驟：步驟1：獲取SAR海岸圖像，如圖2所示；步驟2：如圖3所示，確定初始海洋區(qū)域和初始陸地區(qū)域：步驟2-1：將待處理圖像劃分為大小相等的子塊，如圖4所示，將1024×1024的SAR海岸圖像劃分成大小為64×64的子塊；步驟2-2：根據(jù)G0分布求解每個(gè)子塊的形狀參數(shù)和尺度參數(shù)推導(dǎo)過程如下：G0分布的概率密度函數(shù)為：fG0(z,α,γ)=2nn(n-α)γαΓ(-α)Γ(n)z2n-1(γ+nz2)n-α---(1)]]>其中，n為等效視數(shù)；α為形狀參數(shù)；γ為尺度參數(shù)；Γ()代表伽馬函數(shù)，z為像素點(diǎn)的灰度值；式(1)的r階矩表達(dá)式為：mG0(Zr)=(γ2n)r/2Γ(-α-r/2)Γ(-α)Γ(n+r/2)Γ(n)---(2)]]>將r＝1和r＝1/2分別代入上式，得出1階矩和1/2階矩表達(dá)式為：m1/2=(γn)1/4Γ(-α-1/4)Γ(n+1/4)Γ(-α)Γ(n)m1=(γn)1/2Γ(-α-1/2)Γ(n+1/2)Γ(-α)Γ(n)---(3)]]>可推出：m1/22m1=Γ2(-α-1/4)Γ(-α)Γ2(-α-1/2)Γ2(n+1/4)Γ(n)Γ2(n+1/2)---(4)]]>為了求解α和γ，將1階矩和1/2階矩用1階樣本矩和1/2階樣本矩代替，即：m1/22m1=m^1/22m^1---(5)]]>其中1/2階樣本矩和1階樣本矩分別為：m^1/2=1RΣi=1Rzi1/2m^1=1RΣi=1Rzi---(6)]]>其中，zi為子塊中的第i個(gè)像素點(diǎn)的灰度值，即樣本；R為子塊中像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)；由上述公式得出子塊的形狀參數(shù)和尺度參數(shù)為：α^=-1+n×m^1n×m^1-(n+1/2)m^1/22γ^=(-α^-1)×m^1/2---(7)]]>步驟2-3：對(duì)設(shè)定閾值T，大于T的子塊覆蓋區(qū)域記為海洋，小于T的子塊覆蓋區(qū)域記為陸地，得到初始海洋區(qū)域和初始陸地區(qū)域；本實(shí)施方式中，閾值T為80；如圖5所示，白色區(qū)域代表海洋，黑色區(qū)域代表陸地。步驟3：計(jì)算初始海洋區(qū)域的幾何中心；本實(shí)施方式中，對(duì)初始海洋區(qū)域覆蓋的所有像素點(diǎn)的橫、縱坐標(biāo)分別取平均值，并進(jìn)行取整運(yùn)算，得到初始海洋區(qū)域的幾何中心Ch的坐標(biāo)為(205，692)，如圖5所示，白色海洋區(qū)域中的黑點(diǎn)即為海洋區(qū)域的幾何中心。步驟4：以初始海洋區(qū)域的幾何中心為起點(diǎn)，以θ為間隔角度向四周做射線，第p條射線為L(zhǎng)p，其中p＝{1,2,…360/θ}，并將未經(jīng)過初始陸地區(qū)域的射線刪除；本實(shí)施方式中，選取θ＝1°，第50-205條射線經(jīng)過陸地區(qū)域。步驟5：如圖6所示，確定第p條射線上的海岸邊界點(diǎn)：步驟5-1：第p條射線所經(jīng)過的像素點(diǎn)為其中j＝{1,2,…,mp}，mp為第p條射線所經(jīng)過像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，以及其周圍的8個(gè)像素點(diǎn)作為子塊，將該子塊形狀參數(shù)和尺度參數(shù)值作為像素點(diǎn)的形狀參數(shù)和尺度參數(shù)步驟5-2：求出第p條射線所經(jīng)過的每個(gè)像素點(diǎn)的似然函數(shù)l(j)值：l(j)=Σk=1jln(fG0(zkp;α^rp,γ^rp))+Σk=j+1mpln(fG0(zkp;α^bp,γ^bp))]]>其中，表示第p條射線上所有像素點(diǎn)的值的集合，表示第p條射線上所有像素點(diǎn)的值的集合，為第p條射線上第k個(gè)像素點(diǎn)的灰度值，Γ()代表伽馬函數(shù)；步驟5-3：使|vj1-vj2|取最大值的第j個(gè)像素點(diǎn)即為第p條射線上的海岸邊界點(diǎn)；似然函數(shù)l(j)單調(diào)遞增，在海洋區(qū)域和陸地區(qū)域遞增速度有所不同，在海洋區(qū)域增速慢，即相鄰兩點(diǎn)似然函數(shù)值差值較小，在陸地區(qū)域增速快，即相鄰兩點(diǎn)似然函數(shù)值差值較大，為第p條射線所經(jīng)過第1個(gè)像素點(diǎn)的似然函數(shù)值l(1)到第j個(gè)像素點(diǎn)的似然函數(shù)值l(j)的平均增速；為第j個(gè)像素點(diǎn)的似然函數(shù)值l(j)到第mp個(gè)像素點(diǎn)的似然函數(shù)值l(mp)的平均增速。步驟6：重復(fù)執(zhí)行步驟5，直到找出所有射線上的海岸邊界點(diǎn)；步驟7：如圖7(a)所示，將所有海岸邊界點(diǎn)依次連接，得到海岸線；海岸線和原SAR圖像疊加結(jié)果如圖7(b)所示。利用現(xiàn)有Canny算子對(duì)SAR海岸圖像提取海岸線，海岸線提取結(jié)果如圖8(a)所示，海岸線和原SAR圖像疊加結(jié)果如圖8(b)所示。可以看出使用本發(fā)明方法得到的海岸線準(zhǔn)確、連續(xù)，使用Canny算子得到的海岸線受陸地區(qū)域地物類型影響，有大量虛假海岸線，即噪聲，且海岸線有不連續(xù)現(xiàn)象。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3