[发明专利]一种基于线性分割的海面区域提取方法

权利要求书

1.一种基于线性分割的海面区域提取方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：获取原始彩色图像；

步骤二：利用蓝色通道值将RGB图像转化为单通道灰度图像；

步骤三：沿竖直方向等分海天图像，根据纹理和灰度信息计算每个区域的加权纹理值；

步骤四：对加权纹理值进行归一化处理，利用邻域信息剔除异常纹理值；

步骤五：利用位置信息进行加权纹理值建模，提取海天区域图像；

步骤六：在海天区域图像上，使用Hough变换获得一组候选海天线；

步骤七：根据灰度标准差和均值信息对候选海天线进行评分，分数最高的直线即为海天线；

步骤八：根据提取的海天线，对原始图像进行线性分割，获得海面区域。

2.根据权利要求1所述的一种基于线性分割的海面区域提取方法，其特征在于：在步骤二中，图像从RGB颜色空间到灰度空间的转换公式如下：

上式中，为RGB颜色空间的蓝色通道分量，为图像在处的灰度值。

3.根据权利要求1所述的一种基于线性分割的海面区域提取方法，其特征在于：在步骤三中，沿灰度图像的竖直方向等分出若干个区域，从上到下编号依次为1，2，3，...，30针对每个区域中的像素对，分别构建灰度级共生矩阵P(x，y，d，θ)，(x，y)为像素点的坐标，d为间隔距离，θ为共线的像素对与水平方向的夹角；#是计数函数，被用来统计集合中元素的个数；

P(x，y，d，θ)＝#{[(x，y)，(x+m，y+n)]|f(x，y)＝i，f(x+m，y+n)＝f}

加权对比度计算公式为：

上式中，gray为区域的平均灰度，p(i，j)为像素对(i，j)在灰度级共生矩阵中出现的频率，

由于海水的纹理存在各向异性的特点，在四个角度(0°，45°，90°，135°)分别计算加权纹理值，并对四个值求和，作为该区域最终的加权纹理值，每个区域都有与之对应的加权纹理值，这样就会得到一组加权纹理值，选取最大的加权纹理值，利用该值对一组加权纹理值进行归一化处理。

4.根据权利要求1所述的一种基于线性分割的海面区域提取方法，其特征在于：在步骤四中，对于序号为i的区域，如果其加权纹理值大于序号为i+1区域的加权纹理值，则将序号为i+1区域的加权纹理值赋值给序号为i的区域；否则进行空操作；过程迭代；直到整个过程不存在赋值操作，迭代结束；

计算平均加权纹理值公式为：

上式中，n为区域的数目，We Correlation(i)为迭代处理后对应序号为i的区域的加权纹理值；以平均加权纹理值再次对各个区域的加权纹理值进行归一化处理，计算公式为：

上式中，WeCorrelation_min为迭代处理后，所有区域中最小的加权纹理值。区域的加权纹理值越趋向于1，则该区域属于海面的概率就越大；反之，属于天空的概率就越大。

5.根据权利要求1所述的一种基于线性分割的海面区域提取方法，其特征在于：步骤五中，以图像的高为X轴，区域的加权纹理值为Y轴建立直角坐标系，描述二者关系的数学模型为：

上式中，a是函数在X轴的偏移量；c是曲线倾斜的程度，值越大，曲线越陡峭；海天区域的加权纹理值介于天空区域与海面区域之间；定义海天区域的加权纹理上限为P_large，下限为P_smali，则计算海天区域边界的公式为：

因此海天区域的边界在区间[x_low，x_high]内。

6.根据权利要求1所述的一种基于线性分割的海面区域提取方法，其特征在于：在步骤六中，利用Hough变换得到一组候选海天线；在Hough变换过程中，会对每条候选海天线投票计数，而计数值Poll可以作为后续筛选海天线的依据；如果截取的海天区域的区间比较大，则需要增加候选海天线的数量，以防海天线的漏检；如果截取的海天线区域的区间比较小，则需要减少候选海天线的数量，防止误检。

7.根据权利要求1所述的一种基于线性分割的海面区域提取方法，其特征在于：在步骤(7)中，利用上下文特征对候选海天线进行评分；在每条候选海天线的上部和下部分别建立一个5×5的滑动窗口，滑动步长为step；在每个滑动窗口内计算灰度平均值、灰度标准差以及加权标准差；针对某一条候选海天线，取滑动窗口在滑动过程中产生的最小灰度平均值、最小灰度标准差以及最小加权标准差作为该候选海天线的上下文特征值；灰度平均值、灰度标准差以及加权标准差的计算公式为：

上式中，gray_5×5是滑动窗口内的灰度平均值，Window(i，j)是滑动窗口坐标(i，j)对应下的灰度值，std_5×5是灰度标准差，westd_5×5是加权灰度标准差；

候选海天线的评分计算公式为：

上式中，Eval是候选海天线的评分，std_up是候选海天线上部的特征值(最小灰度标准差)，w₁是该特征值的权值；Poll是Hough变换时产生的投票计数值，w₂是该计数值的权值；westd_down是候选海天线下部滑动窗口产生的最小灰度标准差对应的加权标准差，westd_up是候选海天线上部滑动窗口产生的最小灰度标准差对应的加权标准差，w₃是该特征值的权值。计算每条候选海天线的值，选取最大Eval值对应的直线为最终的海天线，并提取海面区域。