[发明专利]基于X波段雷达图像的内波相速度场及参数的提取方法

说明书

本发明公开了一种基于X波段雷达图像的内波相速度场及参数的提取方法，包括以下步骤：方位校正、图像平均处理、选取内波区域、提取内波主波波向、斜坡校正、灰度均衡和二值化处理、光流法计算内波波峰上各点的速度矢量。本发明可以利用X波段雷达图像提取内波的相速度矢量，可以得到内波波峰线上各点的相速度矢量信息，适合用于获取形状不规则的复杂内波的相速度场。同时，发明的方法还可以实时获得海洋内波的类型、频率、波向和波长等信息，可以用于观测内波的发展演化过程。

技术领域

本发明涉及一种海洋遥感技术，尤其涉及一种基于X波段雷达图像的内波相速度场及参数的提取方法。

背景技术

海洋内波是指发生在稳定层结的海洋中的一种波动，其波长和周期覆盖很宽的尺度范围，是一种常见的海洋现象，对海洋科学研究、海洋生物生长、人类的生产活动和海洋工程等有重要影响。传统的观测手段如浮标能够获得内波参数的精确信息，但是它们只能获得内波在固定点的变化，而且不易于管理和维护。合成孔径雷达及可见光遥感能获得大面积的内波信息，但是其时间和空间分辨率差。X波段雷达可以全天时、全天候观测海面，并且时间和空间分辨率高，可以用来观测内波的演化过程。

利用X波段雷达反演内波参数的常用方法是Radon变换，将X波段雷达图像变换到Radon域，将内波的“线”特征转化为“点”特征，通过寻找雷达强度最大值点来确定内波的传播方向，再通过两幅图像强度最大值点的距离差计算得内波包的相速度，但是通过该方法只能反演得到内波的平均相速度，不适用于不规则内波的情况(如内波“手拉手”现象)，并且无法得到内波的类型、频率等信息。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种能提取不规则内波的波峰线上各点的相速度矢量以及多种参数，可以用于海洋内波的实时、长期观测的基于X波段雷达图像的内波相速度场及参数的提取方法。

技术方案：本发明的基于X波段雷达图像的内波相速度场及参数的提取方法，包括以下步骤：

步骤1：结合船只的运动方向和雷达天线的安装方向，对X波段雷达图像作方位校正，将正北向校正至0°；

步骤2：选取连续观测的两组X波段雷达图像序列I₁(r,φ,t)和I₂(r,φ,t)，其中，I为雷达图像的灰度值，r和φ分别径向距离和方位角，t表示观测时间；对每组图像序列分别关于时间作平均处理，得到两幅平均后的雷达图像和

步骤3：对平均后的雷达图像进行斜坡校正，对于每一个方位角φ₀，分别用指数函数拟合平均后的雷达图像的灰度值，即：

I_fi(r,φ₀)＝a·e^br+c (i＝1,2)                        (1)

其中，a、b和c为待定系数，可以采用最小二乘法进行拟合确定；然后用原始灰度值减去拟合值，得到斜坡校正后的灰度值，即：

步骤4：对两幅图像分别进行灰度直方图均衡化处理，增强图像的对比度；然后，选取阈值I₀，对两幅图像I_c1和I_c2分别进行灰度图像二值化处理，即：

步骤5：利用光流算法处理图像I'_c1(r,φ₀)和图像I'_c2(r,φ₀)，得到内波波峰线上各点的相速度的大小和方向矢量；