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第15卷 第2 期 地 球 信 息 科 学 学 报 Vol. 15, No.2 2013 年4 月 JOURNAL OF GEO-INFORMATION SCIENCE Apr., 2013 基于引力模型的海洋锋信息提取 1,2 2* 2 2 2,3 平 博 ，苏奋振 ，杜云艳 ，孟云闪 ，苏伟光 （1.武汉大学遥感信息工程学院, 武汉430079 ；2. 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重 点实验室, 北京100101；3. 中国科学院海岸带环境过程重点实验室，烟台海岸带研究所，烟台264003 ） 摘要：海洋锋面是海洋水团特性明显不同的两种或几种水体之间的狭窄过渡带。本文旨在对遥感反演海洋温度场 数据（SST），引入引力模型进行海洋锋面的检测。鉴于海洋锋受噪声干扰大，锋面强度小的特点，本文提出了基于 引力算法的引力模型。其中，引力算法是将温度数据中的每一个像元点都作为一个独立的天体，其质量对应该像 元的温度值，根据引力定律计算3×3 区域中，邻域像元对中心点像元的引力和。模型首先对原始数据进行去0 处 理，为消除对原始数据明暗程度的依赖，对3×3 区域数据进行归一化，然后利用函数对归一化后的数据进行增强处 理，最后，以引力算法进行锋面检测。验证表明，该模型能有效强化不同区域或水体差异性，并能够有效针对海洋 锋信息进行提取，受噪声影响小。 关键词：海洋锋；万有引力；边缘检测；SST DOI ：10.3724/SP.J. 1047.2013.00187 1 引言 结果严重依赖于原始图像的明暗度。 因此，本文根据海洋锋面和引力算法的特点， 海洋锋是海洋水团特性明显不同的两种或几 提出了一种以引力算法为基础的引力模型，并将该 种水体之间的狭窄过渡带，对国民生产、国防、海洋 模型应用于海洋锋面的检测。首先，对原始海洋表 [1] 及气象有重大影响 。目前，海洋锋面的提取方法 面温度数据进行中值滤波，去除噪声和细小边缘对 [2-7] [8-9] 主要有直方图方法 、熵方法 、Canny 边缘算子方 锋面检测的影响，对滤波后数据进行去0 处理，去除 [10-11] [12-14] 法 和梯度方法 等。 像元值为0 的像元对引力计算的干扰，针对引力算 [15] 万有引力定律的边缘检测算法 是将数字影 法对原始图象明暗程度依赖性强的特点，对引力计 像的每一个像元点都作为一个天体，将其像元值作 算的3×3 邻域进行归一化处理。海洋锋相比海陆边 为其质量，根据牛顿的万有引力定律，计算邻域像 缘等，其引力值较低，且锋面信息多易受到噪声等的 元对中心点的引力和，得到引力幅值，并以Ostu 方 影响，如果直接使用引力算法对归一化后的数据进 法得到阈值，最终得到边缘影像。文献[16]利用两 行锋面检测，效果不佳。因此，为了增强引力算法对 个非线性梯度为自变量的函数代替中心像元点的 海洋锋检测的能力，对3×3 邻域归一化后的数据进 质量，并结合万有引力算法进行边缘检测。上述方 行增强处理。最后，应用引力算法进行锋面检测。 法多是用于边缘检测，而且万有引力算法也有一些 实验表明，该模型对海洋锋信息的提取有效可