极地冰盖冻融探测方法、装置及计算机可读存储介质

技术领域

本申请涉及雷达卫星探测技术领域，尤其涉及极地冰盖冻融探测方法、装置及计算机可读存储介质。

背景技术

极地冰盖是全球最大的冷源，是全球变化得敏感区和指示器，全球变化的效应在极地地区表现得尤为明显。作为反映全球变化的重要指针，冰盖表面冻融是冰盖表面物质流失和表面反照率准确估计的关键作用因素之一。南极气温上升会引起冰盖表面融化，融水会渗至冰层底部，进而改变冰川的运动速度，加速冰架的运动和崩解，使冰架的前缘位置发生变化；同时融化也将诱发对光、水和温度敏感的极地红藻和绿藻的爆发，而极地雪藻的爆发又促使冰雪表面颜色急剧暗化、反照率降低，进而增大辐射能量收入，进一步加剧冰盖的冻融。因此极地冰盖冻融信息监测是研究南极环境快速变化，认识极地对全球气候变化的影响和作用的关键，对人类社会应对全球变化具有重要的意义。

然而，目前针对于极地冰盖信息统计的表征方式集中在冻融特征，并不能较为准确地描述冰盖的融化情况。

发明内容

本申请提供了一种极地冰盖冻融探测方法、装置及计算机可读存储介质，通过冻融强度图像可较为准确的描述冰盖的融化情况。

第一方面，本申请实施例提供了一种极地冰盖冻融探测方法，包括：

获取探测时段的待测冰盖雷达卫星影像，待测冰盖雷达卫星影像携带卫星轨道号；

获取卫星轨道号对应的冬季参考雷达卫星影像；

根据卫星轨道号对应的冬季参考雷达卫星影像，对卫星轨道号对应的待测冰盖雷达卫星影像进行归一化处理，以确定待测冰盖雷达卫星影像对应的归一化冰盖影像；

基于归一化冰盖影像对应的后向散射系数分布，对归一化冰盖影像进行冻融判断，以确定归一化冰盖影像对应的冻融强度图像。

本申请实施例中，通过确定冻融强度图像，从而可较为准确的表征冰盖的融化程度，为研究极地冰盖快速变化以及极地多圈层相互作用提供了定量化的有效的极地冻融信息。

在一种可能的实施方式中，还包括：

获取探测窗口对应在冻融强度图像的窗口图像；

基于窗口图像中像元点的冻融强度，判断窗口图像中的像元点是否为融化点，以确定窗口图像中的多个融化点；

对窗口图像中的多个融化点各自对应的权重进行求和，以确定窗口图像对应的冻融丰度。

该实施方式中，通过冻融丰度从而可较为准确的表征冰盖的空间特征，为研究极地冰盖快速变化以及极地多圈层相互作用提供了定量化的有效的极地冻融信息。

在一种可能的实施方式中，融化点对应的权重为冻融强度、窗口图像的像元点个数的平均值及融化点距离窗口图像的中心的像元点的位移中的任意一种。

该实施方式中，通过为融化点的权重赋予不同的含义，使得冻融丰度能够从空间层次描述冰盖的融化情况。

在一种可能的实施方式中，还包括：

基于探测时段的卫星轨道号，对卫星轨道号对应的待测冰盖雷达卫星影像进行分组，以确定至少两组影像，至少两组影像并行执行极地冰盖冻融探测方法。

该实施方式中，通过并行处理的方式，极大的提高了数据处理速度，满足大面积高分辨率冻融信息快速获取的需求。

在一种可能的实施方式中，基于归一化冰盖影像对应的后向散射系数分布，对归一化冰盖影像进行冻融判断，以确定归一化冰盖影像对应的冻融强度图像，包括：

基于广义高斯模型和归一化冰盖影像对应的后向散射系数分布，自动确定融化临界阈值；

基于融化临界阈值，获取至少两个冻融强度各自对应的冻融强度阈值；

基于至少两个冻融强度各自对应的冻融强度阈值，对归一化冰盖影像进行冻融判断，以确定归一化冰盖影像中的每个像元点的冻融强度；

基于归一化冰盖影像中的每个像元点的冻融强度，确定归一化冰盖影像对应的冻融强度图像。

该实施方式中，通过真实的后向散射系数分布自动确定融化临界阈值，从而确保冻融强度图像的参考价值。

在一种可能的实施方式中，还包括：

获取指定卫星上载有的合成孔径雷达采集的指定模式对应的冬季冰盖雷达卫星影像，冬季冰盖雷达卫星影像携带参考卫星轨道号；

对冬季冰盖雷达卫星影像进行影像预处理，以确定处理后的冬季冰盖雷达卫星影像；

针对每个所述参考卫星轨道号，基于参考卫星轨道号对应在参考冬季时段内处理后的冬季冰盖雷达卫星影像的相同位置的像元点对应的后向散射系数的中位数，确定参考卫星轨道号对应的冬季参考雷达卫星影像。

获取卫星轨道号对应的冬季参考雷达卫星影像，包括：

将与卫星轨道号相同的参考卫星轨道号对应的冬季参考雷达卫星影像确定为卫星轨道号对应的冬季参考雷达卫星影像。

该实施例方式中，通过获取参考冬季时段的冬季参考雷达卫星影像，由于冬季的冰盖是不会融化的，从而可较为准确的了解到探测时段的冰盖的融化情况。

在一种可能的实施方式中，对冬季冰盖雷达卫星影像进行影像预处理，以确定处理后的冬季冰盖雷达卫星影像，包括：

对冬季冰盖雷达卫星影像进行辐射校正和/或地形校正，以确定校正后的冬季冰盖雷达卫星影像；

通过Boxcar滤波算法，对校正后的冬季冰盖雷达卫星影像进行滤波，以确定滤波后的冬季冰盖雷达卫星影像，Boxcar滤波算法对应的窗口大小为9×9；

基于熵值过滤器，对滤波后的冬季冰盖雷达卫星影像进行熵值计算，以确定熵值无效区域，熵值无效区域对应的熵值不大于预设熵值阈值；

基于边缘检测算子，对滤波后的冬季冰盖雷达卫星影像进行边缘检测，以确定边缘无效区域；

去除滤波后的冬季冰盖雷达卫星影像中熵值无效区域和边缘无效区域之间的重叠区域，以确定处理后的冬季冰盖雷达卫星影像。

该实施方式中，通过对冬季冰盖雷达卫星影像进行校正、滤波以及无效区去除，从而更为有效的滤除冬季冰盖雷达卫星影像中的不利于冻融探测的信息，更多的保留融化信息，从而确保处理后的冬季冰盖雷达卫星影像的参考价值。

在一种可能的实施方式中，还包括：

从目标区域对应的至少两个卫星轨道号各自对应的至少一个冻融强度图像中，确定重叠冻融强度图像和非重叠冻融强度图像；

基于重叠冻融强度图像中每个像元点各自对应的最高冻融强度，确定重叠冻融强度图像对应的最高冻融强度图像；

对重叠冻融强度图像对应的最高冻融强度图像和非重叠冻融强度图像进行影像拼接，以确定目标区域对应的冻融探测图像。

该实施方式中，通过对冻融强度图像进行影像拼接，从而实现大面积的冻融强度探测。

第二方面，本申请提供了一种极地冰盖冻融探测装置，包括至少一个处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的执行指令，以实现如第一方面中任一所述的方法。

第三方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，包括执行指令，当电子设备的处理器执行所述执行指令时，所述处理器执行如第一方面中任一所述的方法。

第四方面，本申请提供了一种电子设备，包括处理器以及存储有执行指令的存储器，当所述处理器执行所述存储器存储的所述执行指令时，所述处理器执行如第一方面中任一所述的方法。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种极地冰盖冻融探测方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种极地冰盖冻融探测方法的流程示意图一；

图3为本申请实施例提供的另一种极地冰盖冻融探测方法的流程示意图二；

图4为本申请实施例提供的极地冰盖冻融探测方法并行执行的流程示意图；

图5为本申请实施例提供的一种极地冰盖冻融探测装置的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的另一种极地冰盖冻融探测装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及相应的附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，本申请实施例提供的一种极地冰盖冻融探测方法。本申请实施例所提供的方法可应用在电子设备上，具体可以应用于服务器、一般计算机以及高性能超级计算机平台上。本实施例中，所述方法具体包括以下步骤：

步骤101、获取探测时段的待测冰盖雷达卫星影像，待测冰盖雷达卫星影像携带卫星轨道号。

具体地，探测时段指的是需要进行冰盖融化分析的时间段，比如，6月份。待测冰盖雷达卫星影像指的是在探测时段卫星上的合成孔径雷达所拍摄的雷达卫星影像。

步骤102、获取卫星轨道号对应的冬季参考雷达卫星影像。

该步骤中，考虑到南极和北极的冰盖在冬季是不会融化的，通过卫星轨道号对应的冬季参考雷达卫星影像作为冻融判断的依据。应当理解的，相同卫星轨道号所对应的观测区域和观测几何是相同，换言之，卫星轨道号对应的冬季参考雷达卫星影像和待测冰盖雷达卫星影像中的区域和观测入射角是相同的，但是区域的融化情况可能不同。

在一种可能的实现方式中，具体可通过如下实现方式确定每个卫星轨道号各自对应的冬季参考雷达卫星影像：

获取指定卫星上载有的合成孔径雷达采集的指定模式对应的冬季冰盖雷达卫星影像，冬季冰盖雷达卫星影像携带参考卫星轨道号；对冬季冰盖雷达卫星影像进行影像预处理，以确定处理后的冬季冰盖雷达卫星影像；针对每个参考卫星轨道号，基于参考卫星轨道号对应在参考冬季时段内处理后的冬季冰盖雷达卫星影像的相同位置的像元点对应的后向散射系数的中位数，确定参考卫星轨道号对应的冬季参考雷达卫星影像；将与卫星轨道号相同的参考卫星轨道号对应的冬季参考雷达卫星影像确定为卫星轨道号对应的冬季参考雷达卫星影像。

该实现方式中，由于每个参考卫星轨道号可能对应有多个冬季冰盖雷达卫星影像，考虑到中值处理可以一定程度上消除冬季异常对冻融强度判断的影响，并且能够选择出可表征冰盖不融化情况的雷达卫星影像，因此，需要对每个参考卫星轨道号各自对应的多景冬季冰盖雷达卫星影像中相同位置的像元点对应的后向散射系数进行中值处理，从而得到每个参考卫星轨道号各自对应的一景冬季参考雷达卫星影像，当然，如果参考卫星轨道号只对应一景冬季冰盖雷达卫星影像，则无需进行中值处理。具体地，针对每个参考卫星轨道号，按照相同位置的像元点的后向散射系数从大小的顺序，对该参考卫星轨道号对应的多景冬季冰盖雷达卫星影像对应的后向散热系数进行排序以得到相同位置的像元点的后向散热系数序列，确定后向散射系数序列的中位数，并基于所有相同位置的像元点对应的后向散热系数序列的中位数，确定该参考卫星轨道号对应的一景冬季冰盖雷达卫星影像。这里，当参考卫星轨道号对应的多景冬季冰盖雷达卫星影像为偶数时，后向散射系数的中位数取其两者之一或平均。在实际应用中，作为第一种可行的实现方式，在进行冻融强度检测时，首先获取参考冬季时段内的冬季冰盖雷达卫星影像，这里，参考冬季时段包括南极冰盖区域的6月和7月，北极格林兰冰盖区域的12月和1月，对冬季冰盖雷达卫星影像进行影像预处理后进行后向散射系数的中值处理。作为第二种可行的实现方式，首先获取冬季冰盖雷达卫星影像，对冬季冰盖雷达卫星影像进行影像预处理后，筛选出参考冬季时段内处理后的冬季冰盖雷达卫星影像，然后进行后向散射系数的中值处理。考虑到先对冬季冰盖雷达卫星影像进行筛选能够降低数据量，可提高数据处理效率，因此，优选第一种实现方式。应当理解的，参考冬季时段可以理解为探测时段对应的前一个冬季，从而确保冬季参考雷达卫星影像较为接近真实情况，确保其参考价值。之后，对于每个卫星轨道号，选择和该卫星轨道号相同的参考卫星轨道号对应的冬季参考雷达卫星影像作为其对应的冬季参考雷达卫星影像。

具体地，每景冬季冰盖雷达卫星影像是按卫星的轨道方向对卫星影像进行的分割，即卫星拍摄一次所获取的影像。多个参考卫星轨道号各自对应的一景冬季参考雷达卫星影像间有一定区域的重叠。卫星轨道号主要是为了便于用户定位查询遥感影像，卫星轨道号一般分为path和row，path就是卫星影像经度方向上的位置，row是卫星影像纬度方向上的位置，一个卫星轨道号所拍摄的多个图像对应的区域是一样的，不同卫星轨道号所拍摄的区域不同，部分存在重叠。

具体的，指定卫星可以是哨兵1号(Sentinel-1)卫星，也可以是其他卫星，本申请实施例对此不做具体限定，下文以Sentinel-1为例进行说明。Sentinel-1是由A、B两颗同轨极轨卫星组成的星座，是欧空局“哥白尼计划”地球观测卫星系列之一。Sentinel-1A、Sentinel-1B分别于2014年4月3日和2016年4月25日发射升空，单颗星轨道周期为12d，两颗星组网常规重访周期为6天，最快重访时间为1-3天。搭载一台5.404GHz的C波段合成孔径雷达(SAR)，最大覆盖幅宽为400km，包含4种成像模式：SM(Stripmap)、IW(InterferometricWide swath)、EW(Extra-Wide swath)和WV(Wave)模式，其中SM、IW和EW模式分别为单极化(HH/VV)和双极化(HH+HV/VV+VH)成像，WV模式为单极化(HH/VV)成像。其中，干涉宽幅(IW)模式的影像为Sentinel-1主要拍摄数据，由3个条带拼接而成，采用了TOPSAR成像技术，具有空间分辨率高和幅宽大的特点。Sentinel-1的GRD的成像模式参数如下表1所示：

表1

具体地，指定模式可以是IW GRD模式或者EW GRD模式，指定模式包括的极化类型可以是HH极化，也可以是HV极化，还可以是HH+HV或VH+VV。应当理解的，本申请并不意图对模式或者极化类型进行限定，具体需要结合实际需求确定。

具体地，冬季冰盖雷达卫星影像为地距影像GRD(Ground range detected)。应当理解的，Sentinel-1数据产品分为Level-0、Level-1、Level-2，其中，Level-1数据包含单视复数影像SLC(Single look complex)和地距影像GRD(Ground range detected)。GRD产品包含经过多视处理、采用WGS84椭球投影至地距的聚焦数据，相对于SLC数据，GRD数据消除热噪声以提高图像质量。GRD数据已经过多视处理，其像素代表正方形的地面区域。可选地，冬季冰盖雷达卫星影像的数据空间分辨率优于50米。

具体地，影像预处理包括但不限于辐射校正、地形校正、地理编码、滤波以及影像边缘无效区去除。当然，在实际应用中，可以根据具体的需求进行影像预处理中处理方式的增加或者删除，本申请实施例对影像预处理方式不做具体限定，下面将对辐射校正、地形校正、地理编码、滤波以及影像边缘无效区去除进行详细描述。

ESA欧空局提供了处理Sentinel-1的专业免费软件SNAP(Sentinel ApplicationPlatform)，至少用于进行轨道校正、辐射校正以及地理编码。

关于轨道校正，轨道校正的过程会自动下载精确的轨道文件并更新Sentinel-1卫星数据中元数据文件(.xml)中的Sentinel-1卫星轨道状态信息，默认的元数据文件中轨道状态数据精度不是很高。这个精确的轨道文件通常需要两周左右才能产生，一般来说，通常需要对轨道文件进行更新，以得到更精确的轨道文件。注意，这个操作需要联网，因为需要联网下载精确轨道文件。

关于地形校正，由于合成孔径雷达侧视成像，地形的起伏会对SAR影像造成很大的几何畸变，并导致透视收缩、叠掩、阴影等现象，为了进行多时相分析，必须进行地形校正，地形校正需要选择南极地区统一空间分辨率的地形数据。在对影像进行地形校正的同时，完成地理编码处理，地理编码需要采用极地极坐标投影表达，该表达既能够减少成像数据在极地区域的畸变，同时尽可能保留成像雷达数据所获取的地面有效信息。

关于滤波，由于合成孔径雷达发射的是相干电磁波，连续雷达脉冲的回波在相干处理时，由于表面粗糙，各散射体反射的电磁波的相干叠加，各基本散射体与传感器间距离不一，导致回波在相位上不相干，从而造成回波强度逐像素的变化，在模式上表现为颗粒状，从而使得SAR图像出现随机分布的黑白斑点，这被称为斑点(Speckle)噪声。为了去除斑点噪声，同时考虑到冻融现象分布式的特点，无需强调点目标和线现状目标的识别，本申请使用Boxcar滤波，窗口大小选择(9×9)，所选窗口大小可在去除影像的斑点噪声的同时，尽可能保留融化细节。

关于影像边缘无效区去除，一些成像雷达卫星影像边缘有时存无效区域，以哨兵1号雷达数据为例，该数据边缘通常存在长达几公里的无效区域。在这些区域内，后向散射系数值较低，同时没有明显的分布规律，该区域在大面积冻融获取时，会严重影响冻融的判断，因此需要在冻融判断前将无效区去除。可选地，可通过如下实现方式进行影像边缘无效区去除：

基于熵值过滤器，对滤波后的冬季冰盖雷达卫星影像进行熵值计算，以确定熵值无效区域，熵值无效区域对应的熵值不大于预设熵值阈值，熵值过滤器的窗口形状为圆形；基于边缘检测算子，对滤波后的冬季冰盖雷达卫星影像进行边缘检测，以确定边缘无效区域；去除滤波后的冬季冰盖雷达卫星影像中熵值无效区域和边缘无效区域之间的重叠区域，以确定处理后的冬季冰盖雷达卫星影像。

该实现方式中，熵值表示冬季冰盖雷达卫星影像的信息熵，反映了影像中平均信息量的多少，表示图像灰度分布的聚集特征，熵值无效区域通常表现为低熵区域，利用窗口来计算熵值，选择熵值阈值可以将低熵无效区去除，其中，用户可根据实际情况预先设置熵值的大小；由于熵值法会损失图像内部分数据，本申请还使用了基于Canny算子的边缘检测方法，获得图像边缘包络；最后将两类方法的结果整合取交集，最大补偿两种算法各自损失的数据信息，换言之，通过熵值过滤器和边缘检测算子的结合，可以确定无效区边缘的范围并将其从滤波后的卫星影像中删除，而不会影响其他区域的值，确保得到的冬季冰盖雷达卫星影像的参考价值。

需要说明的是，待测冰盖雷达卫星影像和冬季参考雷达卫星影像都是影像预处理后的数据，且影像预处理过程是相同的，但是待测冰盖雷达卫星影像无需进行后向散射系数的中值处理。

步骤103、根据卫星轨道号对应的冬季参考雷达卫星影像，对卫星轨道号对应的待测冰盖雷达卫星影像进行轨道归一化处理，以确定待测冰盖雷达卫星影像对应的归一化冰盖影像。

对于探测时段的每景待测冰盖雷达卫星影像，基于其对应的具有相同卫星轨道号的冬季参考雷达卫星影像完成轨道内影像的轨道归一化处理。由于冬季南北极的冰川冰盖不会融化，轨道归一化后的后向散射系数可以有效表征冰盖融化程度，同时可以有效消除观测几何、地形起伏等因素对冻融探测的影响。

需要说明的是，归一化冰盖影像中的像元点的像素值即为后向散射系数。

具体地，轨道归一化处理指的是，以待测冰盖雷达卫星影像对应的相同卫星轨道号的冬季参考雷达卫星影像为除数，完成待检测冰盖雷达卫星影像的归一化处理。具体需要以待测冰盖雷达卫星影像的处理过程确定，如果待测冰盖雷达卫星影像和待测冰盖雷达卫星影像已经是取对数后的数据，则直接相减进行轨道归一化处理，如果待测冰盖雷达卫星影像和待测冰盖雷达卫星影像并没有进行对数处理，则直接相除进行轨道归一化处理。

进一步地，基于海岸线信息和/或高程信息对归一化冰盖影像进行掩模，消除海洋和不必要的高海拔地区。其中，海岸线信息进行掩膜是指只保留南极或格陵兰岛海岸线内的影像，对于海岸线以外的影像通过掩膜去除。高程信息进行掩膜是指，对于高程高于1500米的区域，由于合成孔径雷达影像可能出现叠掩等畸变，会导致误判，因此对于高程高于1500米的影像数据进行掩膜。

步骤104、基于归一化冰盖影像对应的后向散射系数分布，对归一化冰盖影像进行冻融判断，以确定归一化冰盖影像对应的冻融强度图像。

在一种可能的实现方式中，基于广义高斯模型和归一化冰盖影像对应的后向散射系数分布，自动确定融化临界阈值；基于融化临界阈值，获取至少两个冻融强度各自对应的冻融强度阈值；基于至少两个冻融强度各自对应的冻融强度阈值，对归一化冰盖影像进行冻融判断，以确定归一化冰盖影像中的每个像元点的冻融强度；基于归一化冰盖影像中的每个像元点的冻融强度，确定归一化冰盖影像对应的冻融强度图像。

具体地，确定归一化冰盖影像中每个像元点各自的后向散射系数，然后对这些后向散射系数进行统计分析，得到直方图，得到的直方图即为后向散射系数分布。然后根据后向散射系数分布，利用广义高斯模型对其关键的融化和非融化状态的融化临界阈值进行自动判断，基于融化临界阈值，确定多个冻融强度各自对应的冻融强度阈值，基于这些冻融强度阈值进行冻融判断，以确定归一化冰盖影像对应的冻融强度图像。应当理解的，冻融强度图像可以理解为由归一化冰盖影像中每个像元点各自对应的冻融强度形成的图像。作为一个示例，不同冻融强度阈值有7个，分别表示为Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7,根据这7个冻融强度阈值，确定冻融强度，冻融强度包括一个非融化强度F和7个融化强度(T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7)，T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7。当像元点的检测结果高于T7的冻融强度阈值时，设置其冻融强度为T7级；若检测结果高于T6而低于T7时，设置其冻融强度为T6，以此类推，若检测结果高于低于T1，则设置其冻融强度为F。应当理解，不同冻融强度阈值需要考虑实际的融化临界阈值确定，可以通过用户确定，也可以基于后向散射系数分布系数自动确定，本申请实施例并不意图对不同冻融强度阈值的大小和实现方式进行限定。需要说明的是，冻融强度是根据后向散射系数确定的，换言之，冻融强度阈值指示了后向散射系数的值。

需要说明的是，冻融强度能够指示融化程度，而融化程度能够更为准确的描述冰盖情况。在实际应用中，不同冻融强度采用不同的颜色表示，从而便于用户直观的了解到不同区域的融化情况。

图4示出了极地冰盖冻融探测方法并行执行的流程示意图。请参考图4，本申请所处理的待测冰盖雷达卫星影像是海量的，为了提高数据处理效率，基于超算平台所提出的计算能力，将这些待测冰盖雷达卫星影像按照卫星轨道号进行分组，每组影像并行执行上述步骤102-104的步骤。这种轨道间并行处理在有效契合本申请所提出的技术方案的同时，极大的提高数据处理速度，满足大面积高分辨率冻融信息快速获取的需求。

进一步的，在确定了冻融强度图像后，可以进一步确定某一区域的冻融丰度，冻融丰度能够更有效的表达冰盖冻融的空间特征。具体可通过如下实现方式确定冻融情况：

获取探测窗口对应在冻融强度图像的窗口图像；基于窗口图像中像元点的冻融强度，判断窗口图像中的像元点是否为融化点，以确定窗口图像中的多个融化点；对窗口图像中的多个融化点各自对应的权重进行求和，以确定窗口图像对应的冻融丰度。

在实际应用中，具体可通过公式(1)获取探测窗口对应在冻融强度图像的窗口图像的冻融丰度：

A

其中，W表征探测窗口；A

需要说明的是，像元点是否为融化点是基于冻融强度确定的。示例地，如果像元点对应的冻融强度小于等于某一冻融强度阈值，比如非融化阈值F，则可确定像元点是非融化点，否则确定该像元点为融化点。由于冻融强度图像中的像元点携带有冻融强度，因此，只要像元点携带的冻融强度为融化强度，则可判断像元点为融化点。

作为第一种可能的实现方式，第i个像元点的权重D

可选地，对窗口图像中的多个融化点各自对应的权重进行求和后还可以除以多个融化点的个数，以确定窗口图像对应的冻融丰度。

冻融强度和冻融丰度，丰富了表征极地融化的特征量，突破了目前极地冻融只能表达融化和非融化状态的问题；利用这些特征信息，既可以定量的表达极地冰盖的融化的快速时空变化特征，同时可以方便与极地其他圈层多要素进行时空关联分析，例如温度、藻类分布等。换言之，冻融强度和冻融丰度为研究极地冰盖快速变化以及极地多圈层相互作用提供了定量化的有效的极地冻融信息。

进一步的，考虑到一景待测冰盖雷达卫星影像并不能包含南极或北极的所有区域，因此，如果需要得到较大面积的区域的冻融强度检测结果，则需要对这个区域对应的不同卫星轨道号各自对应的冻融强度图像进行影像拼接，由于不同卫星轨道号各自对应的冻融强度图像会出现重叠，因此，在进行影像拼接的过程中，可以得到重叠冻融强度图像和非重叠冻融强度图像；对于重叠冻融强度图像，即对于这些重复区域，选取最高冻融强度作为该区域的冻融探测结果，从而得到重叠冻融强度图像对应的最高冻融强度图像；之后，对重叠冻融强度图像对应的最高冻融强度图像和非重叠冻融强度图像进行影像拼接，从而得到整体冻融探测图像。

通过以上技术方案可知，本申请实施例存在的有益效果是：

冻融强度和冻融丰度，丰富了表征极地融化的特征量，突破了目前极地冻融只能表达融化和非融化状态的问题；利用这些特征信息，既可以定量的表达极地冰盖的融化的快速时空变化特征，同时可以方便与极地其他圈层多要素进行时空关联分析，例如温度、藻类分布等。换言之，冻融强度和冻融丰度为研究极地冰盖快速变化以及极地多圈层相互作用提供了定量化的有效的极地冻融信息。

图1所示仅为本申请所述方法的基础实施例，在其基础上进行一定的优化和拓展，还能够得到所述方法的其他优选实施例。

如图2和图3所示，为本申请所述极地冰盖冻融探测方法的另一个具体实施例。本实施例在前述实施例的基础上，结合应用场景进行了更加具体的描述。所述方法具体包括以下步骤：

步骤201、获取指定卫星上载有的合成孔径雷达采集的指定模式对应的冬季冰盖雷达卫星影像，冬季冰盖雷达卫星影像携带参考卫星轨道号。

冬季冰盖雷达卫星影像是雷达强度影像。

步骤202、针对每一景冬季冰盖雷达卫星影像，对冬季冰盖雷达卫星影像依次进行辐射校正、地形校正、滤波以及无效区域去除，以确定处理后的冬季冰盖雷达卫星影像。

针对每一景冬季冰盖雷达卫星影像，对该冬季冰盖雷达卫星影像进行影像预处理，从而得到能够较为准确的表征冰盖情况的冬季冰盖雷达卫星影像。

步骤203、针对每个参考卫星轨道号，基于参考卫星轨道号对应在参考冬季时段内处理后的冬季冰盖雷达卫星影像的相同位置的像元点对应的后向散射系数的中位数，确定参考卫星轨道号对应的冬季参考雷达卫星影像。

在实际应用中，参考冬季时段为探测时段的前一个冬季，换言之，选取探测时段的前一个冬季冰盖雷达卫星影像，在南极冰盖区域选择6月和7月的卫星影像，北极格林兰冰盖区域选择12月和1月的卫星影像。参考卫星轨道号在该参考冬季时段内可能对应有多景冬季冰盖雷达卫星影像，为了消除冬季异常的影像，同时确保每个参考卫星轨道号仅对应一景冬季冰盖雷达卫星影像，对每个参考卫星轨道号对应在参考冬季时段内的多景冬季冰盖雷达卫星影像进行后向散射系数的中值处理，以确定冬季参考雷达卫星影像。当然，如果参考卫星轨道号对应在参考冬季时段内只有一景冬季冰盖雷达卫星影像，则无需进行后向散射系数的中值处理，直接将该景冬季冰盖雷达卫星影像确定为冬季参考雷达卫星影像即可。上述过程即为时间筛选与轨道匹配。

步骤204、获取探测时段的卫星轨道号对应的待测冰盖雷达卫星影像；基于卫星轨道号，对待测冰盖雷达卫星影像进行分组，以确定至少两组影像，至少两组影像并行执行步骤205至步骤208。

请参考图4，具体来说，对探测时段内的多个卫星轨道号进行划分，以确定多组轨道号；针对每组轨道号，基于组内的每个卫星轨道号对应的若干个待测冰盖雷达卫星影像形成一组影像。通过不同组影像的冻融强度分轨道并行处理，从而提高数据处理效率。

应当理解的，待测冰盖雷达卫星影像是经过上述影像预处理后的图像，但是无需进行后向散射系数的中值处理。

步骤205、将与卫星轨道号相同的参考卫星轨道号对应的冬季参考雷达卫星影像确定为卫星轨道号对应的冬季参考雷达卫星影像；根据卫星轨道号对应的冬季参考雷达卫星影像，对卫星轨道号对应的待测冰盖雷达卫星影像进行轨道归一化处理，以确定待测冰盖雷达卫星影像对应的归一化冰盖影像。

步骤206、基于广义高斯模型和归一化冰盖影像对应的后向散射系数分布，自动确定融化临界阈值；基于融化临界阈值，获取至少两个冻融强度各自对应的冻融强度阈值。

步骤207、基于至少两个冻融强度各自对应的冻融强度阈值，对归一化冰盖影像进行冻融判断，以确定归一化冰盖影像中的每个像元点的冻融强度；基于归一化冰盖影像中的每个像元点的冻融强度，确定归一化冰盖影像对应的冻融强度图像。

在确定了冻融强度图像之后，考虑到归一化冰盖影像所覆盖的区域比较小，为了实现大面积的冻融探测同时，则需要进行影像拼接与优化。这里的优化可是通过海岸线和高程等信息进行掩模。

步骤208、获取探测窗口对应在冻融强度图像的窗口图像；基于窗口图像中像元点的冻融强度，判断窗口图像中的像元点是否为融化点，以确定窗口图像中的多个融化点。

步骤209、对窗口图像中的多个融化点各自对应的权重进行求和，以确定窗口图像对应的冻融丰度。

通过上述公式(1)确定冻融丰度。

通过以上技术方案可知，本申请实施例存在的有益效果是：

冻融强度和冻融丰度，丰富了表征极地融化的特征量，突破了目前极地冻融只能表达融化和非融化状态的问题；利用这些特征信息，既可以定量的表达极地冰盖的融化的快速时空变化特征，同时可以方便与极地其他圈层多要素进行时空关联分析，例如温度、藻类分布等。换言之，冻融强度和冻融丰度为研究极地冰盖快速变化以及极地多圈层相互作用提供了定量化的有效的极地冻融信息。

上文详细介绍了本申请提供的极地冰盖冻融探测方法的示例。可以理解的是，极地冰盖冻融探测装置为了实现上述功能，其包含了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。本领域技术人员应该很容易意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，本申请能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

本申请可以根据上述方法示例对极地冰盖冻融探测装置进行功能单元的划分，例如，可以将各个功能划分为各个功能单元，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。需要说明的是，本申请中对单元的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。

例如，图5所示的极地冰盖冻融探测装置500中包括处理单元501。

在一种可能的实施方式中，处理单元501，用于获取探测时段的待测冰盖雷达卫星影像，所述待测冰盖雷达卫星影像携带卫星轨道号；获取所述卫星轨道号对应的冬季参考雷达卫星影像；根据所述卫星轨道号对应的冬季参考雷达卫星影像，对所述卫星轨道号对应的待测冰盖雷达卫星影像进行轨道归一化处理，以确定所述待测冰盖雷达卫星影像对应的归一化冰盖影像；基于所述归一化冰盖影像对应的后向散射系数分布，对所述归一化冰盖影像进行冻融判断，以确定所述归一化冰盖影像对应的冻融强度图像。

在一种可能的实施方式中，处理单元501，还用于获取探测窗口对应在所述冻融强度图像的窗口图像；基于所述窗口图像中像元点的冻融强度，判断所述窗口图像中的像元点是否为融化点，以确定所述窗口图像中的多个融化点；对所述窗口图像中的多个融化点各自对应的权重进行求和，以确定所述窗口图像对应的冻融丰度。

在一种可能的实施方式中，所述融化点对应的权重为冻融强度、所述窗口图像的像元点个数的平均值及所述融化点距离所述窗口图像的中心的像元点的位移中的任意一种。

在一种可能的实施方式中，处理单元501，还用于基于探测时段的卫星轨道号,对所述卫星轨道号对应的待测冰盖雷达卫星影像进行分组，以确定至少两组影像，所述至少两组影像并行执行所述极地冰盖冻融探测方法。

在一种可能的实施方式中，处理单元501，用于基于广义高斯模型和所述归一化冰盖影像对应的后向散射系数分布，自动确定融化临界阈值；基于所述融化临界阈值，获取至少两个冻融强度各自对应的冻融强度阈值；基于所述至少两个冻融强度各自对应的冻融强度阈值，对所述归一化冰盖影像进行冻融判断，以确定所述归一化冰盖影像中的每个像元点的冻融强度；基于所述归一化冰盖影像中的每个像元点的冻融强度，确定所述归一化冰盖影像对应的冻融强度图像。

在一种可能的实施方式中，处理单元501，还用于获取指定卫星上载有的合成孔径雷达采集的指定模式对应的冬季冰盖雷达卫星影像，所述冬季冰盖雷达卫星影像携带参考卫星轨道号；对所述冬季冰盖雷达卫星影像进行影像预处理，以确定处理后的冬季冰盖雷达卫星影像；针对每个所述参考卫星轨道号，基于所述参考卫星轨道号对应在参考冬季时段内处理后的冬季冰盖雷达卫星影像的相同位置的像元点对应的后向散射系数的中位数，确定所述参考卫星轨道号对应的冬季参考雷达卫星影像；将与所述卫星轨道号相同的参考卫星轨道号对应的冬季参考雷达卫星影像确定为所述卫星轨道号对应的冬季参考雷达卫星影像。

在一种可能的实施方式中，处理单元501，用于对所述冬季冰盖雷达卫星影像进行辐射校正和/或地形校正，以确定校正后的冬季冰盖雷达卫星影像；通过Boxcar滤波算法，对所述校正后的冬季冰盖雷达卫星影像进行滤波，以确定滤波后的冬季冰盖雷达卫星影像，所述Boxcar滤波算法对应的窗口大小为9×9；基于熵值过滤器，对所述滤波后的冬季冰盖雷达卫星影像进行熵值计算，以确定熵值无效区域，所述熵值无效区域对应的熵值不大于预设熵值阈值；基于边缘检测算子，对所述滤波后的冬季冰盖雷达卫星影像进行边缘检测，以确定边缘无效区域；去除所述滤波后的冬季冰盖雷达卫星影像中所述熵值无效区域和所述边缘无效区域之间的重叠区域，以确定处理后的冬季冰盖雷达卫星影像。

在一种可能的实施方式中，处理单元501，还用于从目标区域对应的至少两个卫星轨道号各自对应的至少一个冻融强度图像中，确定重叠冻融强度图像和非重叠冻融强度图像；基于所述重叠冻融强度图像中每个像元点各自对应的最高冻融强度，确定所述重叠冻融强度图像对应的最高冻融强度图像；对所述重叠冻融强度图像对应的最高冻融强度图像和所述非重叠冻融强度图像进行影像拼接，以确定所述目标区域对应的冻融探测图像。

图6示出了本申请实施例提供的另一种极地冰盖冻融探测装置600的结构示意图。极地冰盖冻融探测装置600可用于实现上述方法实施例中描述的一种极地冰盖冻融探测方法。极地冰盖冻融探测装置600可以是芯片、终端、服务器或者能够进行数据处理的设备等。

极地冰盖冻融探测装置600包括一个或多个处理器601，该一个或多个处理器601可支持极地冰盖冻融探测装置实现本申请实施例中所述的极地冰盖冻融探测方法，例如图1或图2所示的方法。处理器601执行存储器所存放的执行指令，以通过执行的执行指令实现本申请任一实施例中提供的一种极地冰盖冻融探测方法。

可选地，极地冰盖冻融探测装置600中可以包括一个或多个存储器602，其上存有程序(也可以是指令或者代码)，程序可被处理器601运行，使得处理器601执行上述方法实施例中描述的方法。可选地，存储器602中还可以存储有数据。可选地，处理器601还可以读取存储器602中存储的数据(例如，预定义的信息)，该数据可以与程序存储在相同的存储地址，该数据也可以与程序存储在不同的存储地址。处理器601和存储器602可以单独设置，也可以集成在一起，例如，集成在单板或者系统级芯片(system on chip，SOC)上。存储器602可能包含内存6021，例如高速随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)，也可能还包括非易失性存储器6022(non-volatile memory)，例如至少1个磁盘存储器等。当处理器601执行存储器602存储的执行指令时，处理器601执行本申请任意一个实施例中的方法，并至少用于执行如图1或图2所示的方法。

可选地，极地冰盖冻融探测装置600还包括内部总线603以及网络接口604。其中，处理器601、网络接口604和存储器602可以通过内部总线603相互连接，该内部总线603可以是ISA(Industry Standard Architecture，工业标准体系结构)总线、PCI(PeripheralComponent Interconnect，外设部件互连标准)总线或EISA(Extended Industry StandardArchitecture，扩展工业标准结构)总线等；内部总线603可以分为地址总线、数据总线、控制总线等，为便于表示，图6中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。当然，该极地冰盖冻融探测装置600还可能包括其他业务所需要的硬件。

应理解，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器601中的硬件形式的逻辑电路或者软件形式的指令完成。处理器601可以是CPU、数字信号处理器(digital signalprocessor，DSP)、专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)或者其它可编程逻辑器件，例如，分立门、晶体管逻辑器件或分立硬件组件。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或软件和硬件相结合的形式。

本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。