极地研究

作者：孙绍哲,邝慧妍,叶玉芳,于志同,惠凤鸣

单位：1中山大学测绘科学与技术学院, 广东 珠海, 519082;2中山大学极地环境立体观测与应用教育部重点实验室, 广东 珠海 519082;3南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海), 广东 珠海, 519082;4中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室, 北京, 100094

关键词：光学影像,冰水分类,近红外波段,直方图动态阈值法,基于大津法的遗传算法

基金：国家自然科学基金青年项目、广东省自然科学基金面上项目、南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)创新团队建设项目、风云卫星应用先行计划项目和五院CAST创新基金

北极海冰作为冰冻圈的重要组成部分,对全球气候变化具有重要影响。开展极地冰水分类研究可以获取精细的海冰覆盖范围变化,为船舶航行提供关键的冰况信息。本文基于25景北极地区的MODIS近红外波段光学影像,依据海冰和海水在该波段反射率差异大的特点,利用直方图动态阈值法、迭代阈值法、最大熵阈值法、大津法以及基于大津法的遗传算法5种方法开展冰水分类研究和定量化对比评估。结果表明,对于反射率直方图为双峰分布的影像(影像中无薄冰), 5种方法均能得到较为准确的冰水分类结果,总体分类精度均在0.82以上。当反射率直方图为三峰分布时(影像中有薄冰),迭代阈值法、最大熵阈值法和大津法均存在错分现象,总体分类精度均在0.76以下,而直方图动态阈值法和基于大津法的遗传算法能够准确获取冰水分类阈值,其分类结果的总体精度均能达到0.94以上。总体上,迭代阈值法和最大熵阈值法在冰水分类求取阈值上存在明显的高估问题,特别是对于反射率直方图为三峰分布的影像;大津法在面对反射率直方图为双峰或三峰分布的影像时,均能识别出阈值所在的波谷位置,但在分类结果上存在一定偏差;而直方图动态阈值法和基于大津法的遗传算法在基于阈值法的冰水分类方法中具有较强的鲁棒性,更加适用于北极地区不同冰况下的冰水分类研究,其结果可为极区航行以及大尺度海冰观测与数据模拟提供重要参考。

来源：2025年第1期

《极地研究》期刊编辑部

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