基于测地距离的半监督SAR图像水域分割方法

摘要

本发明公开了一种基于测地距离的半监督SAR图像水域分割方法，主要解决现有技术在处理大尺寸SAR图像时出现的分割精度低，时间复杂度较高的问题。其实现过程是：(1)通过人工建立水域标签集合和陆地标签集合，建立对应的水域模型和陆地模型；(2)利用该水域模型和陆地模型在待分割图像中自动生成水域标签集合和陆地标签集合；(3)利用该自动生成水域标签集合和陆地标签集合，计算测地距离，得到最终分割结果。本发明能够快速、精确的对大尺寸SAR图像进行水域分割，有效的保持水域边界，为码头、桥梁等目标的检测提供准确的轮廓信息。

主权项

1.一种基于测地距离的半监督SAR图像水域分割方法，包括如下步骤：(1)人工建立图像库中水域的标签集合Ω_W和陆地的标签集合Ω_L；对集合Ω_W和Ω_L分别建立如下水域模型F_W(x)和陆地模型F_L(x)，其中x是像素点的灰度值：$F_W\left(x\right)=\frac{N^N·x^{N-1}}{(N-1)!{\bar{I}}^N}\exp (-\frac{N·x}{\bar{I}})$其中，N为集合Ω_W中图像的等效视数，为集合Ω_W中图像的均值；F_L(x)＝k₁·f₁(x)+k₂·f₂(x)$f_1\left(x\right)=\frac{1}{\sqrt{2\pi }{\sigma }_1}\exp (-\frac{{(x-{\mu }_1)}^2}{{{2\sigma }_1}^2})$$f_2\left(x\right)=\frac{2}{\sqrt{2\pi }{\sigma }_2}\exp (-\frac{{(-|x|-{\mu }_2)}^2}{{{2\sigma }_2}^2})$其中，σ₁为Ω_L中像素点灰度值的标准差，μ₁为Ω_L中像素点灰度值的均值；Ω_B是在取灰度阈值为200的条件下Ω_L的子集合，μ₂和σ₂分别为子集合Ω_B中像素点灰度值的最大值和标准差；(2)根据水域和陆地的数学模型F_W(x)和F_L(x)的形式，在待分割图像上自动生成水域标签集合Ω_W′和陆地标签集合Ω_L′，并根据该标签集合Ω_W′和Ω_L′，得到水域函数式F_W′(x)和陆地函数式F_L′(x)：${F_W}^{\prime }\left(x\right)=\frac{N^{\prime N^{\prime }}·x^{N^{\prime }-1}}{(N^{\prime }-1)!{\bar{I}}^{N^{\prime }}}\exp (-\frac{N^{\prime }·x}{\bar{I}})$其中，N′为集合Ω_W′中图像的等效视数，为集合Ω_W′中图像的均值；F_L′(x)＝k₁′·f₁′(x)+k₂′·f₂′(x)${f_1}^{\prime }\left(x\right)=\frac{1}{\sqrt{2\pi }{{\sigma }_1}^{\prime }}\exp (-\frac{{(x-{{\mu }_1}^{\prime })}^2}{2{{\sigma }_1}^{\prime 2}})$${f_2}^{\prime }\left(x\right)=\frac{2}{\sqrt{2\pi }{{\sigma }_2}^{\prime }}\exp (-\frac{{(-|x|-{{\mu }_2}^{\prime })}^2}{{{2\sigma }_2}^{\prime 2}})$其中，σ₁′为Ω_L′中像素点灰度值的标准差，μ₁′为Ω_L′中像素点灰度值的均值；Ω_B′是在取灰度阈值为200的条件下Ω_L′的子集合，μ₂′和σ₂′分别为子集合Ω_B′中像素点灰度值的最大值和标准差；(3)利用水域函数式F_W′(x)和陆地函数式F_L′(x)，计算待分割图像上任一像素点i分别属于水域标签集合Ω_W′的概率和属于陆地标签集合Ω_L′的概率若属于水域标签集合Ω_W′的概率大于属于陆地标签集合Ω_L′的概率则将点i分入水域这一类，否则就将点i分入陆地这一类；对待分割图像上的所有像素点重复刚才的操作，得到一次分割结果；(4)在一次分割结果的基础上，获得需进行二次分割的目标区域Ω_belt；利用水域函数式F_W′(x)和陆地函数式F_L′(x)，计算目标区域Ω_belt上归一化后属于水域的概率和归一化后属于陆地的概率利用目标区域Ω_belt上归一化后属于水域的概率和归一化后属于陆地的概率自动生成目标区域Ω_belt的水域标签集合Ω_W″和陆地标签集合Ω_L″；将该水域标签集合Ω_W″和陆地标签集合Ω_L″代入测地距离计算公式进行计算；若目标区域Ω_belt上任一像素点i到集合Ω_W″的测地距离小于到集合Ω_L″的测地距离，则将点i分入水域这一类，否则就将点i分入陆地这一类；对目标区域Ω_belt上的所有像素点重复刚才的操作，得到最终分割结果。