[发明专利]一种适用于SAR和光学影像的高效海冰运动提取方法及系统

说明书

本发明提供一种适用于SAR和光学影像的高效海冰运动提取方法及系统，进行影像预处理，包括将SAR影像的后向散射系数转换为灰度影像，对光学影像各通道进行加权平均获得单通道灰度影像；利用改进ORB算法分别对两幅影像进行特征点提取；采用基于地理网格的匹配方法，对两幅影像的特征点进行匹配，计算初始海冰运动矢量，按照指定空间分辨率规则地内插海冰运动矢量；针对内插所得海冰运动矢量和真实存在的偏差，按照最大互相关进行精化；采用局部一致性滤波对精化后的海冰运动矢量场进行滤波，获得海冰运动提取结果。本发明克服了以往海冰运动提取仅能利用单一数据源的缺陷，充分利用了影像的地理位置信息，提升了海冰运动提取的效率。

技术领域

本发明属于冰冻圈海冰遥感领域，特别涉及一种适用于SAR和光学影像的高效海冰运动提取方法及系统。

背景技术

海冰运动是海冰在大气、洋流、地转偏向力等多种因素作用下的结果。海冰和气候之间存在很强的耦合，对海冰运动进行研究，有助于理解和预测未来极区甚至全球的气候变化。海冰运动是北冰洋海冰面积变化的重要动力机制，对北冰洋海冰的物质平衡起着重要作用；海冰运动也是海洋中潜热和淡水的主要输运方式，影响海洋盐度和局部热交换。掌握海冰的运动状态，可以有效地阻止海冰对航行船舶和石油钻井平台的危害。生态环境方面，海冰运动造成的污染物扩散已经成为不可忽视的问题。

卫星遥感影像是获得海冰运动的重要数据源，从遥感影像中提取海冰运动的方法，可以分为三类，分别是：(1)差分方法；(2)模板匹配；(3)特征追踪。第一种类型的方法以光流法为代表，能够获得稠密的海冰运动场，但是该方法受制于光流法的缺点，不适合对有较大位移的海冰运动进行提取。第二种方法采用度量影像块的相似性进行海冰运动矢量提取，此类方法中有最大互相关法(MCC)、相位相关法(PC)，其中MCC在高分辨率和低分辨率海冰运动提取中使用最为广泛。模板匹配方法实现简单、鲁棒性好，但是此种方法不能检测海冰的旋转运动，并且存在计算效率低的问题。第三种方法通过特征提取和匹配进行海冰运动提取，该方法能够有效检测海冰的旋转运动，并且对海冰的形变具有较好的鲁棒性，但是获得的海冰运动矢量分布稀疏且不均匀，对海冰运动数据的进一步使用造成影响。

另外，一些结合特征追踪和模板匹配海冰运动提取方法优点的混合方法被提出来，但是混合方法仅是在利用单一数据源的基础上提出的，普适性差；混合方法在特征点匹配阶段采用效率低下的暴力匹配方法，随着特征点数量的增加，暴力匹配方法的效率呈现指数下降的趋势。

发明内容

为了解决目前海冰运动提取方法普适性差以及特征点匹配效率低的问题，本发明提供一种适用于SAR和光学影像的高效海冰运动提取方案。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案为一种适用于SAR和光学影像的高效海冰运动提取方法，包括如下步骤：

步骤1，影像预处理，包括将SAR影像的后向散射系数通过线性拉伸，转换为灰度影像，对光学影像各通道像素值进行加权平均获得单通道灰度影像；

步骤2，读入两幅预处理之后的影像，两幅影像具有重叠区域，且获取时间小于预设的时间段，利用改进ORB算法分别对两幅影像进行特征点提取，实现方式为，构建影像金字塔，确定每层影像需要提取的特征点数量，对每层影像进行规则格网划分，对每层影像每个格网内的影像块采用加速分段检测特征点提取方式进行特征点提取，再采用四叉树非极大抑制方法均匀选取每层影像指定数量的特征点；

步骤3，采用基于地理网格的匹配方法，对两幅影像的特征点进行匹配；所述基于地理网格的匹配方法，实现方式为按照地理网格对影像上的特征点进行分组，计算每个特征点所在网格的行列号，将行列号相同的特征点分为一组；按照海冰的最大漂移速度计算匹配半径，对两幅影像特征点进行匹配；

步骤4，根据匹配点对的位置以及两幅影像的时间差，计算初始海冰运动矢量；

步骤5，根据初始海冰运动矢量，按照指定空间分辨率规则地内插海冰运动矢量；