[发明专利]一种基于海浪图像的海面任意点波向的反演方法

说明书

本发明公开了一种基于海浪图像的海面任意点波向的反演方法，包括步骤1、从海浪图像中选取研究区域，作为目标图像；步骤2、利用图像增强算法增强目标图像中的海浪条纹；步骤3、通过边缘检测提取海浪波峰线的边缘位置；步骤4、通过曲线拟合得到波峰线方程；步骤5、利用正交曲线理论获得波向线方程；步骤6、对波向线方程求偏导数得到海面各点的波向。本发明利用正交曲线理论反演观测海区中任意点的波向，可以获得高分辨率的海浪方向信息，解决了现有波向观测技术只能获得一定区域内的平均波向的问题，具有适用性广、分辨率高等优点，适用于高分辨率成像雷达或光学设备观测的海面图像。

技术领域

本发明属于海浪观测技术领域，具体涉及一种基于海浪图像的海面任意点波向的反演方法。

背景技术

波浪的传播方向对海上活动有重要影响，海洋工程、船舶航行等都受到波浪传播方向的影响，要想深入的了解和探测海洋，就必须准确得到波浪场的方向信息。现如今，海浪观测技术发展迅速，高分辨率雷达或光学成像已经成为海浪观测的重要手段，例如合成孔径雷达、导航X波段雷达、视频海浪测量系统等都可以获得高分辨率的海面图像，记录海浪传播方向的空间变化。

传统的利用海浪图像反演波向的方法主要是利用傅里叶变换获得海浪谱，然后根据谱的峰值确定海浪的主波波向。快速傅里叶变换(FFT)为离散傅里叶变换(DFT)的一种快速算法，使离散傅里叶变换(DFT)的运算大大简化，运算速度提高了1-2个数量级，从而在实际中得到广泛应用。此外，由于快速傅里叶变换假设信号是以空间均匀为前提，而自然界中常见的波浪场是非均匀的，为了弥补傅里叶变换算法的不足，一些新数据分析方法也用于分析海浪图像，例如二维连续小波变换、Contourlet变换、主成分分析、脊波变换[1]等。其中脊波变换是基于海杂波图像，通过获得脊波变换系数，计算脊波变换域内所有方向的系数能量，提取最大加权能量所对应的角度，根据角度值计算波速，检测到波向，来获取波浪参数并输出。

这些算法通过分析一定范围或一段时间内波浪的变化，估算不同频率、不同方向的海浪的能量分布，尽管它们在海浪观测领域中具有有效观测波向的功能，但是只能获得一定空间内波向的平均变化，在复杂海区中的局限性大，不能测量观测海区中任意点的波向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于海浪图像的海面任意点波向的反演方法，利用正交曲线理论反演观测海区中任意点的波向，可以获得高分辨率的海浪方向信息，解决了现有波向观测技术只能获得一定区域内的平均波向的问题，具有适用性广、分辨率高等优点，适用于高分辨率成像雷达或光学设备观测的海面图像。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于海浪图像的海面任意点波向的反演方法，其特征在于，包括：

步骤1、从海浪图像中选取研究区域，作为目标图像；

步骤2、利用图像增强算法增强目标图像中的海浪条纹；

步骤3、通过边缘检测提取海浪波峰线的边缘位置；

步骤4、通过曲线拟合得到波峰线方程；

步骤5、利用正交曲线理论获得波向线方程；

步骤6、对波向线方程求偏导数得到海面各点的波向。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的步骤2中，对于目标图像，假设灰度值f(x,y)，灰度级为0至M级，对目标图像作分段线性灰度增强，即：

其中，g(x,y)为增强后的图像，灰度级为0至N级，研究区间[a,b]、[c,d]分别为原图像f(x,y)和增强图像g(x,y)的某一灰度区间。