基于Freeman分解的极化SAR数据相干斑滤波

本文在Freeman分解理论基础上,提出一种极化SAR数据相干斑滤波算法。该算法基于Freeman散射模型对原始极化SAR数据进行分解,以获得像素的散射类型和总功率值;在滤波窗口内选取与中心像素散射类型相同,总功率值接近的像素构成滤波同质区;并根据同质区的局部统计特性,应用线性最小均方滤波器进行滤波处理。试验表明,该算法在有效去除相干斑的同时,对极化和边缘等细节信息也有较好的保持效果。     

基于Freeman分解的极化SAR数据相干斑滤波

本文在Freeman分解理论基础上,提出一种极化SAR数据相干斑滤波算法。该算法基于Freeman散射模型对原始极化SAR数据进行分解,以获得像素的散射类型和总功率值;在滤波窗口内选取与中心像素散射类型相同,总功率值接近的像素构成滤波同质区;并根据同质区的局部统计特性,应用线性最小均方滤波器进行滤波处理。试验表明,该算法在有效去除相干斑的同时,对极化和边缘等细节信息也有较好的保持效果。     

四分量散射模型在极化SAR相干斑滤波中的应用

在分析四分量极化散射理论基础上,提出了一种新的极化SAR数据相干斑滤波算法。该算法首先应用四分量散射模型对原始极化SAR数据进行分解,以获得像素的散射类型和总功率值;然后采用极化特征和空间特征的相似性度量,在滤波窗口内选取中心像素的同质区;最后根据同质区的局部统计特性,应用线性最小均方滤波器进行滤波处理。AIRSAR系统L波段极化SAR数据的实验结果表明,该算法不仅可有效抑制相干斑,而且对极化和边缘等细节信息也有较好的保持。     

3维块匹配小波变换的极化SAR非局部均值滤波

极化合成孔径雷达(SAR)图像受相干斑噪声的影响,难以很好地保持结构特性,针对这个问题提出了一种采用3维块匹配小波变换的非局部均值滤波算法NL-3DWT(Nonlocal Filter based on 3-D Patch Matching Wavelet Transform)。该算法使用块匹配的3维非抽样小波变换对极化总功率图进行预滤波,在此基础上使用边界对齐窗提取结构相似像素,同时使用Sigma范围选择极化SAR数据的散射相似像素,共同构成相似像素集合;构建结构保持权重函数增大图像结构信息在块相似性度量时的权重,最终实现极化SAR图像结构保持的相干斑抑制。该算法增强了图像结构特征的表达,提高了结构相似像素选择的准确性,机载极化SAR数据实验结果表明,NL-3DWT算法能够在抑制相干斑噪声的同时,更有效地保持极化SAR图像的结构特性和极化散射特性。     

极化散射特性保持的改进迭代Wishart分类算法

为克服基于极化散射特性保持的迭代Wishart分类算法不适用于城区及对混合散射像素分类欠理想等不足,本文提出一种改进方法.其基本思想是先应用四分量分解算法将像素分成4种基本散射类型和混合散射类型,接着以平均合并度为指导对基本散射类型中的像素自适应聚类,最后对所有像素进行散射特性保持的迭代Wishart分类.试验结果表明...     

散射模型的多时相极化SAR斑点噪声滤波算法

本文提出了一种基于散射模型的多时相极化SAR数据斑点噪声滤波算法,该方法是利用多时相极化SAR数据,在保持像元主散射特性基础上实现斑点噪声抑制。其基本原理是对多时相极化SAR数据的主辅影像进行分类,并通过统计主辅影像中待滤波像元邻域窗口内类别分布情况自适应地选取参与滤波的像素进行滤波。实测数据的实验结果表明,该方法既能够有效地抑制斑点噪声,又能够良好地保持地物散射特性和边缘纹理特征。     

自交叉双边滤波的极化SAR数据相干斑抑制

相干斑抑制是极化SAR数据预处理的关键步骤。双边滤波是一种空域和值域滤波相结合的优秀边缘保持滤波算法。针对双边滤波在抑制极化SAR数据相干斑的不足,该文将改进的交叉双边滤波引入到极化SAR数据降噪领域,加入散射机制测度来扩展原权重核,根据SPAN图像的局域变差系数自动调整空间方差系数,利用参考图像来度量灰度值和散射机制相似性。实验结果表明:本文方法较经典滤波算法有更强的噪声平滑能力和更好的细节信息保持能力,在保持原数据极化散射信息方面也表现出良好的性能,这为基于极化SAR数据的后续应用提供了支持。     

极化SAR图像自适应增强Lee滤波算法

精制极化Lee滤波算法以其简单、高效、健壮等优点在极化SAR图像处理解译中得到了广泛的应用。然而,此滤波算法存在明显的缺陷：扇贝效应和虚假细线。对此,本文提出增加一组均匀窗口及一组线性方向窗口,并采用大小自适应窗口机制,在同质度高的区域用大窗口滤波,在同质度低的区域用小窗口滤波,从而使得滤波窗口在形状和尺寸上都能自动适应实际场景。利用机载和星载全极化SAR数据进行的滤波实验结果表明,本文提出的自适应增强Lee滤波算法在同质区域的噪声抑制能力明显优于精制极化Lee滤波算法及改进的Sigma滤波算法,同时在保持点、线等细节信息方面也优于精制极化Lee滤波算法,并且能很好的保持图像中地物的极化散射信息。     

利用ICA算法进行全极化SAR影像滤波研究

提出了一种基于ICA算法的全极化SAR的滤波方法.首先对全极化SAR的四通道dB强度影像进行ICA变换,分离出信号及噪声分量,将噪声设为极小值,然后利用混合矩阵混合得到滤除噪声后的强度影像,结合原始相位信息,计算滤波后的散射矩阵.采用Foulum地物的EMISAR数据进行试验,并采用相干斑指数、均方差指数、边缘保持系数以及极化相关系数进行评价.结果表明,该方法不但能有效滤除影像的噪声,在边缘等细节信息保持上也具有较大优势.此外,滤波后影像虽散射特性发生改变,但维持了地物间的差异,在基于统计特性的精细分类、边缘信息及小目标检测方面仍具有较好的应用潜力.     

结合Singh四分量分解的高分三号全极化SAR影像分类

不同于一般分类算法基于像素统计的分类,忽略了地物的散射特性,文中提出了一种保持地物散射特性的分类方法。这种方法将Singh提出的Singh四分量分解与基于复Wishart分布的最大似然分类器相结合,对高分三号全极化影像进行分类。利用Singh四分量分解获得表面散射、体散射、二次散射和螺旋体散射,然后将前3种基础散射分别划分为多个聚类,根据复Wishart距离进行类间合并,直到获得指定类别数,输入复Wishart分类器进行迭代分类,最后进行类别合并获得最终分类结果。试验表明本文算法具有较好的分类效果且验证了利用高分三号全极化卫星数据进行影像分类的可行性。     

PARASOL/POLDER3卫星数据的海洋上空云检测

在卫星海洋遥感中,云作为海气耦合系统最重要的调节器之一,其检测结果对海洋上空云微物理特性的反演精度有较大影响。因此,快速而准确识别海洋上空的云像元是卫星遥感数据处理过程中首要解决的关键问题。以PARASOL (Polarization and Anisotropy of Reflectances for Atmospheric Sciences coupled with Observations from a Lidar)卫星搭载的POLDER3载荷遥感数据为研究对象,提出一种改进的海洋上空云检测方法。首先剔除海洋耀光;接着利用有云与晴空区近红外反射率差异检验识别有云像元,并利用偏振反射率检验进一步识别低反射率的云像元;然后利用近红外与可见光反射率比值检验识别晴空像元;最后建立多角度云检测结果空间融合规则,重新标记有云、晴空和未定像元。以印度洋海区为例进行实验分析,将云检测结果与Buriez方法进行对比,发现检测精度基本相当,而有云像元的识别速度却平均提高约3倍。结果表明:该方法能有效的检测出海洋上空的云像元,满足业务化数据处理的高精度及时效性要求,为后续云微物理特性反演提供可靠的数据源。     

大气偏振模式图分布及仿生偏振导航技术

大气偏振效应不仅可应用于高分辨率定量遥感,其偏振场模式图还可作为偏振导航的信息源。大气偏振场模式图在不同时空与天气条件下对偏振传感器的导航精度有重要影响,天空偏振场图的精确获取与建模、测量精度与误差分析是研究的重要内容。本文从大气偏振模式图的分布和偏振导航传感器两方面介绍仿生偏振导航技术的研究进展。首先介绍瑞利散射理论、米氏散射理论和基于矢量传输方程的偏振模式图光场分布理论,总结了不同方法的适用范围;其次分别介绍日光和月光、陆地和海洋等不同时间、空间环境以及不同天气条件下的偏振模式图分布测试结果,并对比分析了理论仿真与测试结果的异同,同时又介绍了基于云解算的偏振模式图精度测试误差分析;最后通过介绍偏振导航传感器装置的发展历史和研究成果,指出偏振导航应用于组合导航中的广阔前景。目前,本课题组已研制的偏振光导航传感器室内精度可达0.1°,验证了天空偏振光场模式图的客观有效性,为高分辨率偏振遥感技术提供了技术证明。     

基于室内光谱测量的玉米单叶偏振与二向性反射关系研究

本研究利用多角度光度计实测了玉米单叶的偏振反射比与二向反射比数据。该光度计能够在不同的观测天顶角、入射天顶角和方位角下测量目标物的偏振反射和二向反射,获得地物目标在2π空间的多角度观测数据。通过分析实测的偏振反射和二向反射数据,得出了玉米单叶的偏振反射与二向反射之间关系密切,最大与最小偏振反射比之和的平均数约等于同等观测条件下玉米叶片的二向反射比。该研究成果为植被遥感监测做出了一种新的尝试,并且对偏振光遥感、多角度遥感的深入研究与应用提供了依据。     

双极性天线在多路径效应探测中的应用

多路径效应是影响卫星定位精度和稳定性的重要因素。针对多路径环境复杂多变难以进行分析的问题,该文提出了一种利用双极性天线探测多路径的方法。详细介绍了反射信号的极性特征;通过判断信号的极性可以有效地区分直射信号和反射信号。分析了通过信号极性实现多路径探测的理论:组成双极性天线的右螺旋圆极化天线和左螺旋圆极化天线能够分别输出卫星信号中的右螺旋圆极化分量和左螺旋圆极化分量,如果两个分量的载噪比差值大于一定的门槛值,就可以推断卫星信号在传输过程中经历了多路径效应。最后通过仿真实验验证了该方法的可行性和有效性。     

大气中性点区域偏振效应的地—气参量研究

随着中国多颗偏振遥感器搭载发射,偏振遥感成为对地观测领域一个新的增长点以及研究热点。由于大气散射具有较强的偏振效应,大气与地表偏振信号的分离是偏振对地进行有效观测和应用的一个现实问题与难点问题。本文利用晴空中有规律的偏振分布以及大气偏振中性点的性质,对利用大气中性点的偏振效应进行地表—大气偏振信息分离的可行性进行了论证。通过对大气中性点在辐射传输过程性质的计算,得出Babinet大气中性点区域的偏振效应以及基于Babinet中性点区域进行偏振对地观测的基本方法,研究重点阐述了从航空遥感和航天遥感两个层面对如何将大气中性点应用于遥感观测进行了讨论。结果表明:(1)Babinet中性点相比于其他两个中性点,更适合于偏振遥感对地观测中地—气偏振参量分离;(2)航空遥感搭载偏振传感器在Babinet中性点区域进行地表探测可以消除大气偏振,突出地物偏振信息,有效进行地—气偏振参量分离;(3)在太阳同步轨道的卫星遥感影像上能够有效识别偏振中性点区域;研究成果有效分离高分辨率偏振遥感地物反演中的大气偏振耦合效应,实现地表偏振反射信息最大化,对于偏振遥感的大气校正以及定量化水平的提升具有实践意义。     

Evaluation of polarimetric capabilities of dual polarized Sentinel-1 and TerraSAR-X data to improve the PSInSAR algorithm using amplitude dispersion index optimization

Polarimetric data is an additional source of information in PSI technique to improve its performance in land subsidence estimation. The combination of polarimetric data and radar interferometry can lead to an increase in coherence and the number of PS pixels. In this paper, we evaluated and compared the dual polarized Sentinel-1A (S1A) and TerraSAR-X (TSX) data to improve the PSInSAR algorithm. The improvement of this research is based on minimizing Amplitude Dispersion Index (ADI) by finding the optimum scattering mechanism to increase the number of PSC and PS pixels. The proposed method was tested using a dataset of 40 dual-pol SAR data (VV/VH) acquired by S1A and 20 dual-pol SAR data (HH/VV) acquired by TSX. The results revealed that using the TSX data, the number of PS pixels increased about 3 times in ESPO method than using the conventional channels, e.g., HH, and VV. This increase in S1A data was about 1.7 times in ESPO method. In addition, we investigated the efficiency of the three polarimetric optimization methods i.e. ESPO, BGSM, and Best for the dual polarized S1A and TSX data. Results showed that the PS density increased about 1.9 times in BGSM and about 1.5 times in Best method in TSX data. However, in S1A data, PS density increased about 1.1 times in BGSM. The Best method was not successful in increasing the PS density using the S1A data. Also, the effectiveness of the method was evaluated in urban and non-urban regions. The experimental results showed that the method was successful in significantly increasing the number of final PS pixels in both regions.     

极化SAR自适应三分量分解方法

介绍了原始极化SAR三分量分解中存在的问题,如负功率和散射机制模糊,并深入分析了其改进方法中仍然存在的缺陷,提出了一种自适应的三分量分解。该分解采用了更一般化的散射模型,并首次考虑了像素中存在不同旋转角的两个面或偶次散射目标,然后利用散射Alpha角确定除体散射之外的剩余主导散射机制,使面或偶次散射得到了更充分的保持。最后,从散射模型与极化相干矩阵自适应匹配的角度出发,提出了一种对负功率进行自适应优化的措施,使得负功率像素个数大大减少,从而分解更加准确有效。试验结果表明,该分解所得结果更符合实际地物散射过程,能更好地解决基于模型的分解方法中存在的缺陷。     

基于Freeman散射熵和各向异性度的极化SAR影像分类算法研究

极化SAR影像中阴影、水体和裸露的耕地3种地物类型有非常相似的极化散射特性,常规基于非相干分解的分类方法难以将其有效地区分。对此,本文引入基于Freeman分解的散射熵Hf和各向异性度Af两个特征参数,并将其用于极化SAR影像分类。首先利用Hf和Af参数将阴影和水体提取出来,然后将其他地物按散射机制分为3大类,并对每一类再次利用Hf和Af参数进行细分,最后通过基于Wishart分布的聚类和迭代分类,得到最终的分类结果。通过利用Radarsat-2在河南登封获取的全极化SAR数据进行试验,表明该算法执行效率高,能够有效地区分阴影、水体和裸露的耕地,并且对其他地物类型也有很好的分类效果。     

偏振反射信息在植被遥感双向反射研究中的作用

本文基于菲涅尔反射公式,结合现有的偏振反射模型对单叶与植被多角度偏振测量结果与理论结合进行分析;通过研究发现,偏振反射在前向散射方向可以通过菲涅尔反射公式进行解释,但是,在后向散射方向则需要考虑其他物理机理。此外,传感器获取的植被偏振信息既可以作为一种"噪声"来剔除,剔除后在可见光波段将相对误差从原来的30%降低到20%以内,又可以作为额外有效的信息源表征植被的结构特征:通过模型参数的大小判断冠层形态的平整程度。本文可以作为植被偏振探测的系统化方法,并且给出植被固有的偏振反射效应规律,即植被越平展光滑,产生的偏振信息越多;同时也将偏振光遥感在植被监测中的有效性凸显出来,即偏振信息的剥离有助于提升双向反射模型的计算精度。