本發(fā)明涉及海洋赤潮檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用無(wú)人機(jī)檢測(cè)海洋赤潮發(fā)生面積的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，海洋環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，赤潮頻發(fā)與規(guī)模不斷擴(kuò)大，赤潮藻類分泌毒素，嚴(yán)重威脅漁業(yè)生產(chǎn)及人類生命財(cái)產(chǎn)安全，為了監(jiān)測(cè)赤潮情況，目前，我國(guó)沿海省市設(shè)立了赤潮生態(tài)區(qū)監(jiān)測(cè)，通過(guò)建立多個(gè)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每個(gè)監(jiān)測(cè)中心設(shè)置多個(gè)測(cè)點(diǎn)，同時(shí)設(shè)置地波雷達(dá)站和移動(dòng)監(jiān)測(cè)車，開展赤潮環(huán)境要素的連續(xù)觀測(cè)，并構(gòu)建了站臺(tái)觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、vsat衛(wèi)星通信系統(tǒng)、衛(wèi)星云圖遙感接收系統(tǒng)等通信網(wǎng)絡(luò)，形成了由衛(wèi)星、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)支撐組成的海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)，實(shí)時(shí)接收、處理數(shù)據(jù)資料。但由于赤潮災(zāi)害的空間分布范圍大小不等、持續(xù)時(shí)間不一、孕災(zāi)環(huán)境要素復(fù)雜性的不確定性，現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)手段單一、監(jiān)測(cè)效率較低，對(duì)重大有毒、有害赤潮的監(jiān)測(cè)、預(yù)警能力有限，且這種方式不僅價(jià)格昂貴，而且現(xiàn)有的赤潮監(jiān)測(cè)技術(shù)不能滿足赤潮預(yù)警預(yù)測(cè)需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，而提出的一種利用無(wú)人機(jī)檢測(cè)海洋赤潮發(fā)生面積的方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：
一種利用無(wú)人機(jī)檢測(cè)海洋赤潮發(fā)生面積的方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟一、無(wú)人機(jī)航拍，獲取高分辨率的赤潮分布變化的彩色圖像；
步驟二、將原始圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像；
步驟三、圖象增強(qiáng)，采用雙邊濾波方法對(duì)灰度圖像進(jìn)行去噪，并保持邊緣信息，采用自適應(yīng)高斯濾波分塊噪聲估計(jì)方法設(shè)置灰度方差，以保證濾除噪聲的性能，這樣根據(jù)圖像局部特征自適應(yīng)地設(shè)置空間參數(shù)；
步驟四、對(duì)增強(qiáng)后的圖像進(jìn)行邊緣提取，使用canny算子對(duì)預(yù)處理后的軸承圖像進(jìn)行像素級(jí)初定位，然后運(yùn)用亞像素的zernike矩對(duì)邊緣進(jìn)行精確定位，監(jiān)測(cè)精度高；
步驟五、根據(jù)邊緣檢測(cè)的結(jié)果計(jì)算赤潮發(fā)生覆蓋面積。
優(yōu)選地，所述區(qū)域面積＝區(qū)域內(nèi)像素?cái)?shù)量乘以單個(gè)像素代表的面積。
優(yōu)選地，所述赤潮面積的變化為海水溫度的變化，赤潮圖像呈紅色。
優(yōu)選地，所述雙邊濾波方法對(duì)灰度圖像進(jìn)行去噪通過(guò)兩個(gè)高斯濾波器實(shí)現(xiàn)：一個(gè)是空間域的高斯濾波，一個(gè)是灰度值域的高斯濾波。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本方案成本低，使用方便，無(wú)人機(jī)隨時(shí)起飛，速度可以控制，拍攝圖像清晰，有效提升赤潮發(fā)現(xiàn)率，對(duì)加強(qiáng)海洋自然災(zāi)害的賑災(zāi)減災(zāi)工作和海洋環(huán)境保護(hù)工作，有重要的實(shí)用價(jià)值，為防御赤潮災(zāi)害提供支持，通過(guò)赤潮預(yù)測(cè)預(yù)警的建設(shè)，加強(qiáng)對(duì)海域生態(tài)環(huán)境狀況和環(huán)境容量的科學(xué)研究，合理開發(fā)利用海洋資源，降低赤潮發(fā)生頻率，增加自然環(huán)境的調(diào)節(jié)能力。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)明提供的一種利用無(wú)人機(jī)檢測(cè)海洋赤潮發(fā)生面積的方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟一、無(wú)人機(jī)航拍，獲取高分辨率的赤潮分布變化的彩色圖像，赤潮面積的變化為海水溫度的變化，赤潮圖像呈紅色。
步驟二、將原始圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像。
步驟三、圖象增強(qiáng)，采用雙邊濾波方法對(duì)灰度圖像進(jìn)行去噪，并保持邊緣信息，采用自適應(yīng)高斯濾波分塊噪聲估計(jì)方法設(shè)置灰度方差，以保證濾除噪聲的性能，這樣根據(jù)圖像局部特征自適應(yīng)地設(shè)置灰度方差參數(shù)。
步驟四、對(duì)增強(qiáng)后的圖像進(jìn)行邊緣提取，使用canny算子對(duì)預(yù)處理后的軸承圖像進(jìn)行像素級(jí)初定位，然后運(yùn)用亞像素的zernike矩對(duì)邊緣進(jìn)行精確定位，監(jiān)測(cè)精度高。
步驟五、根據(jù)邊緣檢測(cè)的結(jié)果計(jì)算赤潮發(fā)生覆蓋面積，區(qū)域面積＝區(qū)域內(nèi)像素?cái)?shù)量乘以單個(gè)像素代表的面積。
圖像去噪方法：所述圖像增強(qiáng)是一種基本的圖像預(yù)處理手段，增強(qiáng)主要目的是對(duì)圖像感興趣的特征有選擇的加以突出，削弱或去除某些不需要的信息，對(duì)某種特定應(yīng)用來(lái)說(shuō)比原圖像更合適，它并不意味著能增加原始圖像的信息，有時(shí)甚至?xí)p失一些信息，但圖像增強(qiáng)的結(jié)果卻能加強(qiáng)對(duì)特定信息的識(shí)別能力，使圖像中我們感興趣的特征得以加強(qiáng)。
雙邊濾波器是一種性能良好的濾波器，其難點(diǎn)是工作參數(shù)的設(shè)置，該算法結(jié)合空間鄰域信息和灰度相似值對(duì)噪聲圖像進(jìn)行處理，在濾波的同時(shí)能夠保留圖像邊緣特征。雙邊濾波結(jié)合空間鄰近度和像素值相似度進(jìn)行圖像處理，去噪后的圖像可描述為：
式中，
i(i，j)＝f(i，j)+n(i，j)(5)
式中，f表示無(wú)噪聲圖像，本文中假設(shè)n為高斯白噪聲，i為噪聲圖像，則i(i，j)表示圖像i在位置(i，j)的像素值。
雙邊濾波的權(quán)系數(shù)是由空間方差δs和灰度方差δr兩個(gè)參數(shù)共同決定的，于是設(shè)置適當(dāng)?shù)膮?shù)成為決定雙邊濾波性能的關(guān)鍵。
雙邊濾波中灰度方差δr的取值，決定其距離權(quán)重的高斯曲線擴(kuò)展程度。如果δr較小，則圖像的邊緣和細(xì)節(jié)部分較清楚；δr較大，其圖像會(huì)變得模糊。另外，相比于空間方差δs，雙邊濾波對(duì)灰度方差δr更敏感。δn為圖像中得噪聲方差，以最小均方誤差mse為判斷標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算不同的灰度方差δn取值時(shí)δr的最優(yōu)值；
對(duì)不同δn值對(duì)應(yīng)最優(yōu)δr值的離散點(diǎn)進(jìn)行曲線擬合，可知δr與δn的之間為線性關(guān)系。因此，要得到灰度方差δr參數(shù)值，需要估計(jì)圖像的噪聲方差δn。δn可以根據(jù)拉普拉斯變換進(jìn)行快速估計(jì)。
式中，w和h是圖像的寬和高，″*″代表卷積操作，i(x，y)*n表示圖像和模板n進(jìn)行卷積運(yùn)算，n為離散拉普拉斯變換的掩模，其中
將加噪聲的高頻圖分為2×2和3×3的子圖像，對(duì)各子圖像進(jìn)行噪聲方差估計(jì)，然后計(jì)算各分塊的噪聲方差平均值，也就是加噪圖像的噪聲的方差值。
利用式(6)求出各子圖像的估計(jì)噪聲方差δn，并求其噪聲方差的平均值，再利用