基于高分三号卫星影像的水体信息提取技术研究

随着各类卫星遥感和航天航空技术的不断进步,采用卫星遥感图像来提取水域的信息成为了新的选择和研究的热点.同时SAR(合成孔径雷达)技术以其不受各类气候、气象的干扰,高分辨率、穿透力强的优点,成为水域信息提取的重要手段.高分三号卫星是近年来我国发射的SAR卫星,为此本文研究所采用的数据源为高分三号HH、VV、HV、VH四种极化方式的SAR图像,研究区域为长春市农安县太平池水库及共青团水库,采用经验阈值分割法分别提取其水域信息,进而分析评价水域提取的正确性和精度.总结发现:1)使用经验阈值分割法可以从SAR图像上提取水体;2)提取的水体经过和天地图和谷歌地图的比对,验证了正确性;3)不同极化方式所提取出来的水体的效果是不同的.     

机载SAR图像与仿真SAR图像的匹配策略

机载SAR图像与仿真SAR图像的匹配在机载SAR图像无控制正射纠正中具有重要的应用价值。为了提高机载SAR图像与仿真SAR图像匹配的可靠性,本文在SAR图像仿真的基础上,分别以机载SAR图像和仿真SAR图像作为匹配基准,设计了综合运用特征点提取、金字塔影像匹配、相关系数相似性测度计算、双向匹配等方法的匹配方案。利用机载SAR图像和由SRTM DEM仿真的SAR图像进行了匹配试验,统计了不同策略的正确匹配点数,并结合仿真SAR图像的特点,分析认为:以仿真SAR图像作为匹配基准进行匹配的策略较好。     

SAR图像配准方法综述

随着SAR成像技术的不断发展和对SAR图像应用的迫切需求,涌现了大量的SAR图像配准方法。对国内外最新的SAR图像配准技术和方法进行了全面系统地梳理,总结了各类方法的特点,指出了当前研究存在的问题,展望了SAR图像配准的发展趋势。     

利用先验约束的SAR图像港口检测与鉴别

港口的检测与识别是合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)遥感海洋应用领域的重要内容。分析港口目标结构及其微波散射特性,提出了一种基于先验约束的SAR遥感图像港口检测与鉴别方法。首先利用港内水域半封闭性的特点,定义水域被陆地包围的封闭性测度提取港内水域,使用多向扫描法检测突堤,结合两者结果实现港口粗提取。然后依据港口的最小外接矩形,判定口门方向和突堤代表点,最后根据突堤代表点间海岸线的封闭性测度完成港口鉴别。实验结果表明,本文提出算法能够准确检测港口及口门方向,完整提取突堤结构。     

高分辨率机载SAR影像判读实验

近年来机载SAR系统在国内得到快速发展。由于SAR系统具有不同于光学传感器的成像机理,因而可以提供全新的数据获取手段和不同的地物信息。利用高分辨率机载SAR影像进行解译时必须熟悉其成像机理和图像信息特点,充分了解SAR图像解译标志的特点和各类地物的解译规律。本文以高分辨率机载SAR数据为基础,对比光学影像,从SAR成像特点和地物散射特性出发,对SAR影像进行了目视解译,分析了SAR影像在地形地物要素识别中的应用潜力。     

机载SAR图像几何纠正的数学模型研究

本文在SAR图像多年应用研究的基础上，概述了国际上2种常用的SAR图像正射纠正数学模型——F.Leberl模型、Konecny模型，同时试验了SAR图像多项式纠正模型，分析了这3种模型的特点，利用中国自制的机载SAR图像和美国的GEM SAR图像分别进行了数字几何纠正实验。通过对实验结果的分析比较，为SAR图像应用于突发性自然灾害的实时监测和评估，推荐了一种形成较为简单、适应性较好的正射纠正模型。     

基于DEM的SAR图像模拟

首先阐述了研究基于数字高程模型(DEM)的SAR图像模拟的重要性.然后针对SAR图像的几何特点,并顾及地面坡度、成像距离等因素对雷达波后向散射强度的影响,设计了基于强度积分的SAR图像模拟方案.根据Leberl构像模型计算SAR图像的像点坐标,采用强度积分策略对各点处的强度进行模拟,并进行归一化处理.通过仿真实验得到了满意的SAR模拟图像,验证了该模拟方案的正确性和有效性.     

基于分形理论的SAR图像边缘检测

分析了SAR图像的基本特点 ,阐述用DFBR模型表达SAR图像的基本原理 ,提出两种基于分形理论的SAR图像边缘检测方法。通过对传统方法、分形方法和多尺度分形方法的特性分析和实验 ,说明分形方法有较强的抗干扰性能 ,适用于SAR图像的边缘检测 ,并且基于多重分形的方法能获得更好的检测结果     

基于DEM的SAR图像模拟

首先阐述了研究基于数字高程模型(DEM)的SAR图像模拟的重要性。然后针对SAR图像的几何特点,并顾及地面坡度、成像距离等因素对雷达波后向散射强度的影响,设计了基于强度积分的SAR图像模拟方案。根据Leberl构像模型计算SAR图像的像点坐标,采用强度积分策略对各点处的强度进行模拟,并进行归一化处理。通过仿真实验得到了满意的SAR模拟图像,验证了该模拟方案的正确性和有效性。     

辅以纹理特征的SAR图像分类研究

随着微波遥感的发展 ,SAR图像的应用越来越受到人们的重视。因为它不仅具有全天时 ,全天候的特性 ,而且它还能提供不同于红外和可见光传感器的不同的信息。但是 ,由于 SAR图像的成像特点 ,它的图像也表现出散斑多 ,波段少等缺点 [1 ]。在分析几种纹理统计分析方法的基础上 ,针对 SAR图像的特点 ,试图通过不同纹理分析方法达到提高 SAR图像解译精度的目的。试验表明 ,纹理分析对于提高 SAR图像解译精度是一种有效且重要的方法     

基于分层图像融合的SAR图像可视化增强方法

提出了一种基于分层图像融合的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)图像可视化增强方法。根据SAR图像特点,通过图像灰度级分层、融合等处理,并在图像融合时加入动态范围约束条件进行求解,对SAR图像做了可视化增强处理,处理得到的图像动态范围满足显示打印等设备动态范围约束条件,且与常规方法相比能更多地保留原图细节信息。实验结果表明了本文方法的有效性。     

SAR图像多尺度积增强的目标检测算法

合成孔径雷达（SAR）成像系统的热噪声和海杂波严重影响SAR图像自动目标检测的性能,去噪和均匀背景杂波是提高SAR图像目标检测性能的重要课题。根据SAR图像噪声功率一般存在于信号小尺度,没有跨尺度特征,而目标信号的边缘具有跨尺度的特点,本文提出了一种多尺度积信号增强和去噪的SAR图像船舰目标检测算法。本算法对SAR图像进行小波变换,应用多尺度积在小波域增强SAR图像船舰信号和均匀背景杂波,再对SAR图像进行目标检测。ERS SAR图像用于验证本文算法。仿真实验结果表明,新算法同传统的双参数CFAR检测算法、基于K-分布背景杂波的检测算法以及基于小波软阈值增强的检测算法相比,在虚警数和品质因数性能指标上均优于后几种检测算法。     

时间序列SAR图像不可移动文物水域淹没监测

全球气候变化引起的极端降雨、洪涝灾害是导致不可移动文物受损的重要破坏因素。合成孔径雷达SAR（Synthetic Aperture Radar）具有全天时、全天候、大范围周期性对地观测的优势,是大区域水体监测的重要手段,对不可移动文物水域淹没及风险监测具有重要意义。本文利用时间序列SAR图像提出基于残差U-Net的不可移动文物水域淹没及风险监测框架。首先,基于双峰阈值分割法结合专家知识辅助进行水体样本生成,提高样本制作效率;其次,引入残差模块建立U型卷积网络,综合残差结构及U-Net的特点,缓解梯度更新时的弥散、消失等现象,通过卷积层之间累加和跳跃链接,保留多尺度的地物特征信息,以实现水体快速、高精度的语义分割;最后通过将结果与不可移动文物点位进行空间叠加分析,实现对不可移动文物水淹状况的监测。选取鄱阳湖及南昌市昌邑北垱遗址作为试验研究对象。获取了21景覆盖鄱阳湖区域不同时相Sentinel-1 SAR图像,并结合Sentinel-2光学图像进行结果分析与评价。实验结果表明：本文方法在鄱阳湖试验区对水体提取总精度优于95%,相较于FCN（Fully Convolutional Networks）与U-Net方法具有更好的精度。利用不同时相SAR图像获得时间序列水体分布范围变化图,与昌邑北垱遗址点位进行空间叠加分析,得到不可移动文物水域淹没长时间序列监测结果。实验结果表明本文提出的方法可以有效提取水体范围,对不可移动文物水域淹没及风险监测可以提供有力支撑。     

基于DEM和图像仿真的单幅SAR图像无控制定位

单幅SAR图像定位是利用SAR图像获取目标位置信息的重要技术途径之一。针对无地面控制情况下的单幅SAR图像定位问题,设计了一种基于DEM和图像仿真的单幅SAR图像无控制定位方案。该方案通过DEM仿真SAR图像,并将实际SAR图像与仿真SAR图像进行匹配来提取控制点以完成定向参数解算,在DEM的支持下实现单幅SAR图像定位。采用机载SAR图像和SRTM DEM进行了无控制定位试验,统计了定位误差,验证了所设计方案的正确性和有效性。     

基于DEM的SAR图像模拟

针对SAR图像模拟方法进行了深入研究,提出了一种新的SAR图像模拟方法.该方法引入并改进信号模拟中经常使用的小面单元模型,并对SAR图像的阴影特征进行了分析;给出了一种高效判断阴影区域的算法.使用该方法对某一山地区域的DEM数据进行了SAR图像的模拟实验.实验结果表明:模拟的SAR图像和真实SAR图像纹理一致,很好地反映了起伏地区SAR图像的几何特征,取得了理想的效果.     

基于DEM的SAR图像模拟

针对SAR图像模拟方法进行了深入研究,提出了一种新的SAR图像模拟方法。该方法引入并改进信号模拟中经常使用的小面单元模型,并对SAR图像的阴影特征进行了分析;给出了一种高效判断阴影区域的算法。使用该方法对某一山地区域的DEM数据进行了SAR图像的模拟实验。实验结果表明:模拟的SAR图像和真实SAR图像纹理一致,很好地反映了起伏地区SAR图像的几何特征,取得了理想的效果。     

基于高分辨率SAR图像成像机理的震害信息分析

与中低分辨率SAR图像相比,高分辨率SAR图像受目标复杂性和成像噪声等因素的干扰更为严重,致使应用高分辨率SAR图像检测震害目标变得更加困难.传统的适用于中低分辨率SAR图像的震害信息提取方法对于高分辨率SAR图像有一定的局限性.为了从高分辨率SAR图像中更加准确地提取震害信息,从SAR图像成像机理和目标的后向散射特征出发,对建筑物和道路、桥梁的震害特征进行了细致分析,为寻求合适的目标检测和提取方法提供了思路.     

相同侧视方向异轨SAR图像差异化约束连接点提取

为了实现SAR图像区域网平差时连接点的自动稳健提取,面向相同侧视方向、近似平行轨道的异轨SAR图像,针对其方位向相对几何畸变较小、距离向相对几何畸变较大的特点,提出一种采用差异化约束的SAR图像连接点提取方法。该方法在构建SAR图像影像金字塔的基础上,采用增大方位向边长的长方形匹配窗口由金字塔顶层向下逐层进行相关系数匹配,利用方位向强约束、距离向弱约束的差异化随机采样一致性算法剔除误匹配点,并利用方位向全局双线性变换模型与距离向局部双线性变换模型进行下层金字塔影像的匹配点位预测。采用Envisat ASAR图像和国产机载SAR图像分别进行了连接点提取试验,验证了本文方法的有效性。     

极化SAR影像分类方法研究

极化SAR图像分类是SAR图像解译的重要内容,快速、准确的SAR图像分类是实现各种实际应用的前提.现基于极化SAR图像的特点,用H-α、Wishart分布及H-α-FCM三种方法对机载全极化SAR数据和星载全极化SAR数据做了分类实验研究.结果表明,由于H-α平面的划分过于简单,这不可避免的会导致分类结果的不稳定性;Wishart分类方法能够清楚地区分开自然地物的主要类型,更符合散射机制的自然分布,并考虑与后向散射强度有关的信息,以一种自适应的方式改变了H-α平面中的决策边界,改善了H-α分类结果;H-α-FCM分类方法能较好的克服H-α分类结果中地物类别的模糊问题.     

基于MRF信息融合的多通道SAR图像变化检测算法

SAR图像变化检测是近几年SAR图像应用研究的新领域,现有的SAR图像变化检测算法大多针对单通道图像数据,而利用多通道SAR图像数据进行变化检测,可以充分利用图像信息,能够得到更好的检测效果。论文研究了基于MRF信息融合的多通道SAR图像变化检测算法,通过融合图像不同通道信息,实现变化检测;并重点论述了算法的基本原理和算法实现过程,通过实验对比,证明了论文提出的算法可以得到较高的检测精度。