[发明专利]一种基于Otsu阈值的二维波浪谱分割方法

说明书

本发明公开了一种基于Otsu阈值的二维波浪谱分割方法，涉及海浪分析领域，该方法包括：根据二维波浪谱的Otsu阈值对二维波浪谱分割，并根据离散坐标点数量进行区域合并；根据剩余区域的谱密度值得到单连通的第五区域；将各个第五区域按照预定策略分别合并得到第六区域；若更新后的剩余区域不为空，则对剩余区域再次执行提取得到单连通的第五区域的步骤；若更新后的剩余区域为空，则根据相邻的第六区域之间的谱密度值进行合并，直到都符合预定谱密度关系时，得到若干个第七区域，第七区域的谱为得到的各个单峰波浪谱，通过本方法更能准确表达波浪谱的各个特征，同时快速的对波浪谱进行分割，满足不同的领域的需求，具有较高的普适性。

技术领域

本发明涉及海浪分析领域，尤其是一种基于Otsu阈值的二维波浪谱分割方法。

背景技术

船舶、海洋平台等在海洋中工作时，往往会受到波浪的影响，波浪是一种非常复杂的自然现象，它不仅没有固定的形状，也无法用经典的几何理论去表示，而且不论是在时间上还是空间上都表现出极大的随机性，目前通常对波浪进行仿真模拟形成二维波浪谱，因此如何研究二维波浪谱是近岸工程、近岛礁工程和海洋科学工程的关键。当多个来源不同的波浪作用于一点时，二维波浪谱会以多峰的形式存在，不同的峰对应着不同来源的波浪，将此类以多峰形式存在二维波浪谱合理的分割成多个单峰谱是研究波浪来源、特征以及进一步深入研究风、浪、流等相关关系的重要前提。

目前常用的分割算法为分水岭算法(watershed algorithm)，其问题在于这种算法对谱的毛刺比较敏感，因此往往会将二维波浪谱分割成多份，不能很好的表达波浪谱的特征。同时由于波浪在不同海域的测点不同、水深不同以及海域不同，都可能需要不同的限定条件，因此，现有技术对于波浪谱的分析不具有普适性。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于Otsu阈值的二维波浪谱的分割方法，本发明的技术方案如下：

一种基于Otsu阈值的二维波浪谱分割方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据二维波浪谱的Otsu阈值对所述二维波浪谱分割得到若干个单连通的子区域，并根据各个子区域内的离散坐标点数量进行区域合并得到第三区域和对应的剩余区域，所述剩余区域是所述二维波浪谱构成的二维区域中除第三区域以外的区域；

根据所述剩余区域的谱密度值对所述二维波浪谱分割提取得到单连通的第五区域；

将各个第五区域按照预定策略分别合并到所述第五区域所包含的第三区域中，得到第六区域以及对应的更新后的剩余区域，更新后的所述剩余区域是所述二维波浪谱构成的二维区域中除第六区域以外的区域；

若更新后的所述剩余区域不为空，则对更新后的所述剩余区域再次执行所述根据所述剩余区域的谱密度值对所述二维波浪谱分割提取得到单连通的第五区域的步骤；

若更新后的所述剩余区域为空，则根据每个第六区域与其相邻的第六区域之间的谱密度值对各个第六区域进行合并，直到每两个相邻的第六区域之间的谱密度值都符合预定谱密度关系时得到若干个第七区域，确定各个所述第七区域的谱分别为分割得到的各个单峰波浪谱。

其进一步的技术方案为，所述根据二维波浪谱的Otsu阈值对所述二维波浪谱分割得到若干个单连通的子区域，包括：

计算所述二维波浪谱的Otsu阈值并分割提取得到若干个谱密度值大于所述Otsu阈值的第一区域；

若存在第一区域被其他第一区域全覆盖，则将互相覆盖的两个第一区域合并并保留覆盖范围大的第一区域，形成若干个单连通的第二区域作为对所述二维波浪谱分割得到的子区域；

否则直接将提取得到的各个第一区域作为对所述二维波浪谱分割得到的子区域。

其进一步的技术方案为，所述根据各个子区域内的离散坐标点数量进行区域合并得到第三区域，包括：