[发明专利]基于像素优化的海冰冰块分水岭分割方法

权利要求书

1.一种基于像素优化的海冰冰块分水岭分割方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，首先加载高清卫星图像，利用经纬度对海冰及海水卫星图像的实际尺寸进行标定，获得每个像素代表的实际面积；并将原始图像转化为灰度图像；

第二步，利用分水岭法对海冰冰块之间以及海冰与海水交界进行识别和分割；

2.1)对原始图像中感兴趣的区域进行框选并复制得到复制图像，接下来仅对复制的图像进行处理；

2.2)通过基于一阶导数的滤波器Sobel方法检测图像水平边缘区域和垂直边缘区域，分别对横向纵向进行差分运算，得到图像两个方向的梯度值；

2.3)低通滤波器以一个二维正太分布作为卷积模板，通过正态分布的形式对整个图像像素进行等权平均，以达到图像变模糊的效果，从而抑制细节信息，凸显更大尺度的块面信息；

2.4)将图像所有灰度值扩大，增大灰度范围，从而在图像上可以获得粗略的独立海冰冰块边界和海冰与海水的边界；此时不区分海冰与海水，每一个梯度变化较大的灰度线围成一定的范围的封闭区域作为局部灰度区域；

2.5)根据局部灰度区域计算该区域像素最小值，局部最小值定义为在灰度相近的连通像素集合中，即在局部灰度区域，其灰度值严格小于该集合的直接邻域内所有像素的灰度值；

2.6)在不同的灰度区域内，以像素最小值为起点，采用自下而上的泛洪的算法识别两个局部区域灰度的交界，获取较为精确分割界线；

第三步，对精确分割以后的海冰和海水图像进行二值化处理；因为水的区域颜色比较纯，像素值变化小于海冰的像素值变化，通过计算每个块内的灰度平均值、最大值，来区分海水和海冰；

第四步，采用腐蚀-膨胀方法对分割结果进行边界优化，将复制图像优化后的分割结果与原始图像相叠加；

4.1)二值化转化后的图像用腐蚀-膨胀方法处理，用0和1构成的矩阵算子逐个扫描二值化图像的像素，并对图像和矩阵算子做逻辑操作；

4.2)将得到优化后边界信息的复制图像，叠加到转化为灰度图像的原始图像，在原始图像上得到明显的海冰独立的浮冰块以及海冰与海水的边界；

第五步，提取每块浮冰像素大小，由第一步标定结果根据像素求出冰块面积，计算出等效直径及其分布区间，由此拟合得到海冰尺寸概率密度分布函数；

5.1)在第一步已知尺寸标定到的每个像素代表实际面积的大小，根据每块海冰的像素求出实际面积；将每块海冰等效为具有相同面积的圆，则等效圆的直径：其中，d为等效直径，A为已知像素换算得到的海冰面积；

5.2)将等效直径从小到大划分一定的区间，计算每个区间冰块等效直径的数量，根据分割后总的海冰冰块的数量，求出每个区间的冰块尺寸的概率密度；

5.3)采用指数形式的韦布尔分布研究海冰尺寸分布，研究具体形式为：f(d)＝10^ad^b，将其对数变化后指数函数得到具体拟合形式：y＝a+bx，其中x表示等效直径，y表示冰块对应等效直径区间的概率密度；根据浮冰尺寸的概率分布数据进行全局最优拟合得到a、b，进而得到浮冰尺寸分布函数。