海上溢油极化特征及其探测研究

The SAR(Synthetic Aperture Radar) has the capabilities for all-weather day and night use. In the case of determining the effects of oil spill dumping, the oil spills areas are shown as dark spots in the SAR images.Therefore, using SAR data to detect oil spills is becoming progressively popular in operational monitoring, which is useful for oceanic environmental protection and hazard reduction. Research has been conducted on the polarization decomposition and scattering characteristics of oil spills from a scattering matrix using allpolarization of the SAR data, calculation of the polarization parameters, and utilization of the CPD(Co-polarized Phase Difference) of the oil and the sea, in order to extract the oil spill information. This method proves to be effective by combining polarization parameters with the characteristics of oil spill. The results show that when using Bragg, the oil spill backscattering machine with Enopy and a mean scatter α parameter. The oil spill can be successfully identified. However, the parameter mechanism of the oil spill remains unclear. The use of CPD can easily extract oil spill information from the ocean, and the polarization research provides a base for oil spill remote sensing detection.     

基于二维激光观测的溢油及其乳化过程散射模式研究进展

合成孔径雷达(SAR)以其高分辨率、能不受雨云影响实施全天时全天候全方位监测,在海面溢油灾害应急监测过程中发挥着越来越重要的作用。溢油是因为海面油膜抑制了毛细波和重力波,在SAR图像上呈暗斑而被识别。然而,海面溢油的乳化过程直接影响SAR对海面溢油后向散射截面的观测精度。本研究以物理海洋学和激光原理以及海面电磁散射理论为基础,通过实验利用激光扫描仪观测海面溢油粗糙度,分别与溢油特征参数、后向散射系数建立对应关系;耦合海面溢油参数与后向散射截面的关系,利用电磁散射数值建模方法,建立海面溢油散射模型,研究海面溢油乳化过程对微波后向散射截面的影响。本项目的研究将为SAR监测海面溢油量、溢油厚度及油品分布格局提供了可能;将进一步揭示海面溢油的散射机制,提高SAR海面监测溢油的精度和能力。     

基于无人机紫外与SAR的溢油遥感监测方法研究

溢油污染不仅会造成巨大的经济损失,而且给生态环境带来难以修复的破坏。准确、高效地监测海面溢油仍是当前亟需解决的问题。紫外传感器对油膜非常敏感,可快速发现,但存在误判;而SAR(SyntheticApertureRadar)溢油探测的精度较高,两者相结合可准确探测溢油。无人机平台可低成本地实现溢油快速应急响应,无人机载SAR和紫外传感器的载荷重量小,可同时集成于无人机上开展联合溢油探测,以满足业务化监测需求,此方面的研究尚未见有相关报道。本文拟研究溢油不同种类、厚度、在不同海洋环境条件下的紫外图像特征和SAR纹理特征、形状特征、散射特征,构建溢油特征数据库,并建立一种基于特征组合的溢油SAR与紫外联合探测方法;在此基础上研究对无人机数据获取模式和控制单元等的改造方案,进而实现溢油SAR和紫外图像的高效获取。     

基于极化参数的SVM海上溢油识别

溢油对海洋环境造成的危害越来越大,及早发现对于减灾防灾具有重要意义。目前,运用极化SAR进行溢油探测已成为遥感监测的一个重要方面,本文基于SIR-C数据,开展极化SAR的溢油监测,提取极化参数熵H,散射角α和反熵A,运用SVM监督分类方法,进行溢油信息提取。结果表明,基于SVM的分类精度要强于基于H-α分类的分类结果。     

一种基于经验模态分解的SAR图像溢油识别算法

溢油事件的发生会给海洋环境的保护和经济发展带来巨大的影响。运用现代化的监测手段和技术进行监测,及时发现溢油现象和违规行为,保护海洋环境是非常重要的。合成孔径雷达（SAR）技术是溢油检测的有效工具,在SAR图像中溢油表现为黑色的区域,但是黑色区域也可能会由其他的因素引起。本文提出了一种基于二维经验模态分解（BEMD）的方法来识别溢油和疑似溢油。首先通过BEMD方法将感兴趣的区域分解为局部窄带的各分量—内蕴模函数（BIMF）之和,并对分解后得到的各分量IMF进行Hilbert变换,通过Hibert谱分析得到64维的特征空间,然后使用Relief方法得到5个特征向量,最后利用马氏距离分类器进行分类。通过实验结果表明,该方法能够有效、准确地检测出溢油,准确率超过90%。     

基于面向对象和模糊逻辑的SAR溢油检测算法

星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)具有全天时、全天候的工作能力,已被众多学者认为是非常适合探测海面溢油污染的遥感器。然而在SAR影像中经常出现"类油膜"现象,这严重干扰了SAR溢油检测的精度。因此,如何有效区分SAR影像中的油膜和类油膜,对提升溢油检测精度具有重要意义。本文利用面向对象图像分析的方法,从20景ENVISAT ASAR影像中提取了较多的溢油和类油膜样本,对其基于对象的形状、物理和纹理特征进行了综合分析,找出了适合区分溢油和类油膜的特征量。利用特征分析的结论,本文建立了一种基于模糊逻辑的溢油检测算法。该算法可以有效区分SAR影像中的溢油和类油膜,还可以给出暗斑被判定为溢油的概率。溢油检测实验说明,本文方法能够得到令人满意的效果。     

基于GA-WNN的极化SAR海洋溢油检测方法研究

海洋溢油对海洋生态和人类生活带来严重的影响。由于合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)具有全天时全天候的工作能力,在海洋溢油检测中发挥重要作用。目前,极化SAR是SAR探测技术的先进手段。本文利用6个极化特征进行溢油检测,通过对比分析这些特征对不同溢油的检测能力,得出单一极化特征在溢油检测中存在不足。通过J-M特征优选方法,提取出溢油检测识别度较高的特征影像,并利用遗传算法优化的小波神经网络(Genetic Algorithm-Wavelet Neural Network,GA-WNN)进行溢油检测。利用2套Radarsat-2全极化数据进行了方法验证,结果表明,该方法优于其他检测方法,溢油检测精度分别达到90.31%和95.42%。     

基于改进Faster R-CNN模型的SAR图像溢油检测方法

SAR（synthetic aperture radar）图像溢油暗斑准确识别对海上溢油应急工作具有重要的意义。为减少SAR图像特征提取、特征选择过程中人为因素对溢油检测精度的影响,本文将Faster R-CNN卷积神经网络模型引入SAR图像溢油检测并进行了改进。针对溢油暗斑形状多样及SAR图像背景复杂的特点,选用结构一致且实用性强的VGG16卷积网络获取图像特征,并使用软化非极大值抑制算法（Soft-NMS）进行优化。同时基于相同的数据集,提取常用的SAR图像几何特征、灰度特征和纹理特征,构建反向传播（backpropagation,BP）人工神经网络溢油检测方法并与Faster R-CNN方法进行对比。实验结果表明,基于改进Faster-RCNN模型的溢油检测方法溢油检测率达到0.78,且溢油检测虚警率低于0.25,相比BP人工神经网络溢油检测方法样本识别率、溢油检测率分别提高了4%和5%,溢油虚警率降低了5%。     

基于SAR极化比和纹理特征的海面溢油识别方法

针对海洋表面SAR影像的特点,采用基于灰度共生矩阵的纹理特征方法是提取海面溢油信息的常用方法,但实际海洋表面复杂的信息使得SAR图像上产生类似溢油现象的暗斑区域,这导致在利用纹理特征方法提取溢油信息时存在虚警率,降低了溢油信息的提取精度。基于RADARSAT-2 SAR四极化影像,本文提出基于SAR极化比影像的纹理特征识别方法对海面油膜进行识别提取。结果显示,基于SAR极化比影像的纹理特征识别方法可以有效且准确地提取海面溢油信息,相比于VV极化影像的纹理特征识别方法,溢油监测过程中的虚警率降低了17.96%,溢油监测总体精度达到96.83%。     

应用极化合成孔径雷达检测海上溢油研究进展

海上溢油给海洋生态环境带来严重的影响,快速准确地探测溢油对于防灾减灾具有重要的意义。利用卫星遥感探测溢油已成为目前主要的检测手段,大多采用合成孔径雷达(SAR)数据,运用图像处理的方法,开展了多种溢油提取算法的研究,取得了较好的结果,但由于海洋的类溢油现象存在,造成提取信息的精度达不到要求。近年来,国内外运用极化SAR数据开展溢油信息提取研究,从极化分解与相位差等角度对溢油特性分析,能有效地区分一些类溢油现象,得到了较理想的结果。分析了应用SAR数据开展溢油信息提取的研究状况,总结了溢油极化SAR探测的研究,指出了目前研究中存在的不足,并提出了今后溢油极化SAR遥感监测的方向。     

全极化SAR图像中溢油极化特征研究

相比于单极化SAR图像,全极化SAR图像不仅能体现海面目标的几何特征、后向散射特征,还能体现目标的极化特征。因此,在溢油检测方面,极化SAR更具优势。特征提取作为溢油检测的关键步骤,直接影响到溢油检测的精度。在本文中,我们分析了全极化SAR图像中海面溢油的极化特征,如极化散射熵、平均散射角等。并提出了新的极化特征P,该特征参数能够反映海面目标电磁散射过程中布拉格散射机制和镜面散射机制的比例。为了研究极化特征溢油检测的能力,本文基于SIR-C/X-SAR和Radarsat-2全极化SAR图像开展了相关实验,并对比分析了溢油的多种极化特征。实验结果显示,在中低风速情况下,C波段溢油探测效果优于L波段;本文提出的极化特征P对海面散射机制敏感;基准高度和特征参数P在C波段比其他极化特征更适于溢油检测。     

基于简缩极化SAR的溢油检测与分类方法

针对简缩极化SAR在海上溢油的检测与分类应用开展研究,利用欧式距离全面分析了简缩极化SAR的36种极化特征在溢油检测与油膜分类中的性能,发现简缩极化特征中的奇次散射系数的溢油检测性能最好,简缩极化熵的疑似溢油鉴别性能最好.在此基础上,提出了结合二叉树原理的简缩极化SAR溢油检测与油膜分类算法,并分析了RADARSAT-...     

星载SAR监测海洋溢油污染的初步研究

对星载SAR监测海洋溢油的基本原理进行总结并分析了影响溢油监测的SAR参数及干扰SAR海洋溢油监测的各种因素;对搜集到的星载SAR数据进行处理,并给出中国黄海海域的海上溢油分布的初步统计分析,结果表明该海区的溢油主要分布在海上主要航线附近。     

Underwater topography detection of Shuangzi Reefs with SAR images acquired in different time

1 IntroductionSynthetic aperture radar (SAR) is one of theadvanced microwave remote sensors of environmentand resource. It can observe targets in all weathersand all day and night in a multi-band, multi-polari-zation and multi-look angle mode. SAR has bee…     

基于显著性分析的SAR溢油图像中暗斑区域检测方法研究

为了提高合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)图像中海上溢油的检测精度,设计了一种图像显著性和均值偏移分割相结合的暗斑检测方法,验证了该方法在SAR溢油图像暗斑识别中的有效性,为溢油区域的准确检测奠定了基础.针对SAR溢油图像中暗斑区域在人类视觉中属于感兴趣区域的特性,利用图像显著性检...     

利用SAR图像监测海上石油污染的实验分析

本文讨论了利用ＳＡＲ 图像监测海上石油污染的理论依据和环境条件,并根据ＲＡＤＡＲＳＡＴ 卫星装载的合成孔径雷达（ＳＡＲ）图像对渤海ＣＢ－６Ａ 井组发生的原油（气）泄漏事件进行了初步的研究和分析。     

基于SAR的海上溢油监测最佳探测参数分析

基于SAR数据,在后向散射系数计算的基础上,从波段、极化方式、入射角等方面开展了海上溢油监测参数分析,结果表明:基于SAR的海上溢油监测,从波段分析,X波段与C波段较L波段更适合监测海上溢油;从极化方式分析,VV极化较HH,HV极化更适合监测海上溢油;从入射角分析,在计算溢油与海水临界值时,经多次实验,位于远入射角的疑...     

A physical approach for the observation of oil spills in SAR images

In this paper, a physical approach to support oil spills observation over synthetic aperture radar (SAR) images is presented. Electromagnetic model is based on an enhanced damping model that takes into account oil viscoelastic properties and wind speed. As a matter of fact, a multisensor approach is considered and a constant false alarm rate (CFAR) filter is used to minimize speckle effect. A set of experiments is presented and discussed. They show that oil spill processing is effective over single-look SAR images using mean input data.     

多极化SAR溢油探测影响因素分析研究

Polarimetric synthetic aperture radar(SAR) oil spill detection parameters conformity coefficient(μ), Muller matrix parameters(|C|, B_0), the eigenvalues of simplified coherency matrix(λ_(nos)) and the influence of SAR observing parameters, ocean environment and noise level are investigated. Radarsat-2 data are used to make systematic analysis of polarimetric parameters for different incidences, wind speeds, noise levels and the ocean phenomena(oil slick and look likes). The influence of the SAR observing parameters, the ocean environment and the noise level on the typical polarimetric SAR parameter conformity coefficient has been analyzed. The results indicate that conformity coefficient cannot be simply used for oil spill detection, which represents the image signal to the noise level to some extent. When the signals are below the noise level for the oil slick and the look likes, the conformity coefficients are negative; while the signals above the noise level corresponds to positive conformity coefficients. For dark patches(low wind and biogenic slick) with the signal below the noise,polarization features such as conformity coefficient cannot separate them with oil slick. For the signal above the noise, the oil slick, the look likes(low wind and biogenic slick) and clean sea all have positive conformity coefficients, among which, the oil slick has the smallest conformity coefficient, the look likes the second, and the clean sea the largest value. For polarimetric SAR data oil spill detection, the noise plays a significant role. So the polarimetric SAR data oil spill detection should be carried out on the basis of noise consideration.     

雷达波段对多极化SAR海面溢油检测极化特征参数的影响

多极化SAR数据海面溢油检测研究日益受到重视。本文研究不同波段极化SAR数据的海面溢油检测能力,为最大程度减小观测条件、环境因素等的影响,选取准同步获取的SIR-C/X多极化SAR数据。针对海面油膜、生物油膜和低风区疑似溢油现象,研究L波段和C波段的共极化相位差、一致性系数、极化熵、各向异性和平均散射角等极化特征对海面油膜以及不同海面暗斑现象的检测能力。研究结果表明:在海面溢油检测以及探测不同暗斑现象间差异方面,C波段总体优于L波段;L波段,极化分解特征各向异性参数优于共极化相位差和一致性系数;C波段,共极化相位差、一致性系数特征优于极化分解特征各向异性和极化熵,结合平均散射角特征有助于滤除生物油膜和低风区。