[发明专利]一种基于卫星图像的海冰参数提取方法

摘要

一种基于卫星图像的海冰参数提取方法及系统实现，属于计算机应用技术领域。其特征是实现了卫星图像去除经纬线噪音的算法，准确识别图像元素类型并分类，通过边界追踪算法提取陆地海冰分界线与海冰海水分界线。在此基础之上计算卫星图像中的海冰密集度、海冰厚度和海冰尺寸三个参数。用户在计算机终端打开图像，图像预处理，关键要素（海冰、陆地、海水）识别，分界线描绘，海冰参数提取和数据结果保存的操作。该提取方法合理、高效、精确，具有很强的科学性；系统设计规范，界面友好，可靠性强。

主权项

一种基于卫星图像的海冰参数提取方法，包括参数设置，图像预处理，标定板生成和海冰参数计算；其特征包括以下步骤：（一）参数设置：颜色特征参数主要是指陆地颜色特征、海冰颜色特征、海水颜色特征、海岸线颜色特征以及经纬线颜色特征；通过提供对RGB颜色空间三通道最大值和最小值设定的方式，实现颜色特征域可调控，保证了海水元素识别的准确度，并提高了针对不同颜色海岸线、经纬线执行去噪算法的可用性；（二）图像预处理：第一，手动标定兴趣区域或选择默认区域；第二，图像锁定产生兴趣区域图像；第三，根据海岸线颜色特征以及经纬线颜色特征去除掉二者所带来的噪音干扰；具体如下：获取区域面积：假设地球为正球体，先通过经度计算对角线两点间的水平距离，再通过纬线所对应的球心角计算水平距离，最后对其积分计算球面面积；     图像去噪：若判定图像中的某一点为经线，则用该点左右两点的像素颜色（RGB颜色空间）平均值代替该点像素值；若判定图像中的某一点为纬线，则用该点上下两点的像素颜色（RGB颜色空间）平均值代替该点像素值；若判断图像中的某一点为蓝色海岸线，则用该点周围八点的像素颜色（RGB颜色空间）平均值代替该点像素值；去除经纬线优化：在前述经纬线判定方法基础上，根据其水平性与垂直性对其优化，其特征在于判断每一行或每一列前N个像素点，若判定中大于一半的像素点为纬线或经线，则判断该行或该列为纬线或经线，对该行或该列的所有像素点执行替换算法；N由用户指定；（三）标定板数组生成：在分析卫星海冰图像全局信息的基础之上，产生与图像尺寸相同的二维数组；二维数组的值与图像在该点所表达的图像信息一 一对应，分为海冰元素、陆地元素、海水元素、陆地分界线元素、海水分界线元素，共五个种类；具体如下：首先将去噪后的兴趣区域图像聚合化，产生棋盘图像并生成标定板数组；聚合化采用的算法是在给定的矩形区域内求像素颜色均值并赋值给区域内的每一个像素；矩形区域大小由Grid Size参数给定，参数越小，则图像失真越小，但计算量和粗糙度会随之增大，所以系统默认参数为4×4像素；聚合化之后根据图像块的颜色信息将其分为三类：陆地，海冰与海水，并分别涂色；随后对图像循环进行二次去噪至稳定；对此棋盘图像进行边界追踪，从而绘制陆地‑海冰分界线与海冰‑海水分界线；最终产生标定板数组，规定将源图像中的陆地元素在对照数组中标记为1，海冰标记为2，海水标记为3，陆冰分界线标记为4，冰海分界线标记为5；（四）海冰参数计算二次去噪：当聚合后的图像块与周围图像块颜色不同时则发起投票，如果周围八个图像块的颜色超过某一阈值，则将中心图像块更改为这种颜色，阈值参数由其他参数中的Vote参数给定，默认值为5；边界追踪计算：是将棋盘图像的每一小块与周围棋盘块进行对比，若为陆地与海冰或海水交接，则将交界处的陆地像素置为陆冰分界线，冰海分界线同理；通过参照标定板的元素种类和图像像素的颜色信息，计算出数字化的海冰厚度，尺寸和密集度参数；海冰密集度提取：将海冰密集度定义为可结冰区域内的冰块面积与区域总面积的比值；计算结果以百分数表示，保留两位小数；海冰厚度提取：首先收集所有冰块的灰度级信息并予以排列分级，其中将 像素点按照公式PGray=PRed×0.299+PGreen×0.587+PBlue×0.114转换为灰度值，找出最大灰度值与最小灰度值；再将灰度级信息等比例现行映射到实际冰块厚度区间，从而得到冰块的实际厚度；实际冰块厚度区间由其他参数中的Thickness参数设定；计算结果保留两位小数；实际像素点按照灰度能量分级分别涂以不同颜色，产生海冰厚度分析图；海冰尺寸提取办法：针对海冰图块进行二值化处理，阈值由其他参数中的Binary Threshold参数给定；二值化的结果将析出海冰区域内的裂纹或轻量级海水；分别统计其实际面积，作为海冰尺寸的处理结果。