[发明专利]一种基于遥感图像的浅海沙波信息提取方法

说明书

技术领域

本发明属于遥感技术应用和浅海地形监测领域，涉及一种浅海沙波信息的提取方法，具体是一种能够利用遥感图像中所含的灰度信息提取浅海水下沙波的位置、长度和波向等信息的方法。

背景技术

海底地形测绘是探索和研究海洋的第一步，是开发和保护海洋的首要条件，也是现今海洋学研究的迫切需求。在回声测深仪发明之前，主要靠测深杆和测深锤来测量水深，测量精度较差。20世纪20年代回声测深仪出现之后，现代意义上海图的绘制才得以实现。但早期的测深仪为单波束发射，一次发射只能得到测量船正下方的水深，因而只能实现点、线测量，无法反映测线之间的地形地貌。1970年代中期出现的多波束测深技术实现了带状测量（最大宽度可达水深的7倍），显著提高了测深效率。尽管如此，限于测量周期长、人力消耗大和资金需求高等方面的劣势，在地形高变化的浅海区域进行大范围的动态变化监测任务中，仅依赖多波束测深方法仍然很难满足需求。对于浅海区域广泛分布的浅海沙波地形动态变化监测，需要掌握沙波的位置、长度和波向等基础信息。如何充分发挥遥感技术的大范围高动态观测能力，对浅海沙波区的沙波信息进行自动提取，实现动态监测，对于掌握地形演化规律和特征都有十分重要的意义。

本发明针对广泛分布的浅海沙波分布区进行地形变化动态监测的需求，利用遥感技术方法的大范围覆盖和高频率重访的能力，基于遥感图像中所包含的因沙波地形对水体流场和海面粗超度的调制而在呈现的亮暗条纹特征，引入图像二维像元倾斜方向，可高效准确地提取浅海沙波的位置、长度和波向信息，可用于浅海沙波地形动态变化监测。从检索到的公开资料看，尚未有基于遥感图像，通过图像二维像元倾斜方向进行浅海沙波信息提取的相关报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效准确、便捷低耗的基于遥感图像的浅海沙波信息提取方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于遥感图像的浅海沙波信息提取方法，包括以下步骤：

（1）计算含有沙波信息的遥感图像中每一像元的二维倾斜方向，获得遥感图像对应的像元倾斜方向分布图；

（2）标记遥感图像中最长的亮条纹为第一条纹，最长的暗条纹为第二条纹，从第一条纹向第二条纹做第一辅助线，使其尽可能地垂直于第一条纹及第二条纹，该辅助线与正北方向的夹角记为A0，分割阈值A1=A0-T，A2=A0+T，参数T为30-45°，根据A1、A2的大小确定取值范围，遥感图像中二维倾斜方向位于取值范围内的像元的集合即为初步沙波区；

（3）在遥感图像上采用矢量化方法获得与初步沙波区相应的初步沙波面状图斑；

（4）对获得的初步沙波面状图斑进行面积和形状过滤，得到最终沙波面状图斑；

（5）提取最终沙波面状图斑的中心线作为沙波曲线，获得沙波位置信息；

（6）计算沙波曲线的长度获得沙波的长度信息；

（7）用直线连接沙波曲线的两个端点作为第二辅助线，计算该辅助线与正北方向的夹角α，进而获得沙波的波向β=α+90°。

上述技术方案中，步骤（1）中所述的计算遥感图像上的每一个像元的二维倾斜方向，具体方法如下：

对于遥感图像最边缘的像元，不计算其二维倾斜方向，直接记为空值；

对于遥感图像上的其余像元，将当前像元及其周围相邻的8个像元共计9个像元的灰度值从上到下、从左到右依次记为a、b、c、d、e、f、g、h、i，则当前像元的二维倾斜方向A的计算公式为：

其中，p为临时参数，A的值域范围为0~360，单位为度。