博士论文摘要魏钜杰:极化SAR影像海面船只目标自动检测方法研究

《测绘学报》


构建与学术的桥梁        拉近与权威的距离


极化SAR影像海面船只目标自动检测方法研究

魏钜杰1,2     

1. 中国测绘科学研究院, 北京 100830; 
2. 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室, 湖北 武汉 430079

收稿日期:2016-07-14;

基金项目:国家自然科学基金(41401530);中国博士后科学基金(2016M591219);测绘地理信息公益性行业科研专项(201412002)

第一作者简介: 魏钜杰(1983-), 男, 2014年6月毕业于武汉大学, 获工学博士学位(指导教师:李平湘教授), 研究方向为SAR遥感图像处理与信息提取。

E-mail:weijujie0417@163.com

Research on Ship Automatic Detection Method Using Polarimetric Synthetic Aperture Radar Imagery

WEI Jujie1,2     

我国领海广阔,海洋资源丰富,SAR影像海面船只目标检测技术对监视海运交通、非法捕鱼、监测船只非法倾倒油污、维护海洋权益及提高海防预警能力等方面具有重要意义。单极化SAR影像仅包含强度/幅度信息,而极化SAR通过不同的收发极化组合可测量获得描述观测目标的极化散射矩阵,能完全表征观测目标的极化散射特性,具有比单极化SAR信息含量高的特点。因此,本文利用极化SAR影像以减少弱小船只目标漏检、抑制方位向模糊噪声,提高海面船只目标检测精度为主要目的,基于极化SAR影像统计特性、子孔径相干和极化散射特性分别展开研究。对应的主要贡献如下:

(1)针对传统CFAR算法存在的问题(如,未充分利用极化信息导致弱小船只目标易漏检、受局部检测滑窗的影响邻近船只目标易漏检等),提出了一种基于复Wishart分布的海面船只自动检测算法(SPWH)。通过与CFAR算法的对比实验,表明了SPWH算法能减少弱小船只目标和邻近船只目标的漏检,提高了检测精度。但是因该算法基于Wishart分布,故仅适用于近海港口、锚地等船只经常出没的中低海况区域。

(2)针对SPWH算法的应用局限性,借鉴以往单极化SAR数据的子孔径(子视)相干检测算法,提出了一种适用于全极化SAR数据的广义多子视相干检测算法ρGIC。通过与SPWH算法的对比实验,表明ρGIC算法同样能减少弱小船只目标的漏检,且能减少检测虚警,具有较高的检测精度。ρGIC算法利用多个子视影像间海杂波的弱相干性而船只目标的强相干性,不仅显著增强了船海对比度,而且具备适用于高海况船只目标检测的潜力。另外,文章定量比较分析了单极化2L-IHP、单极化多子视相干ρIC、两子视极化干涉最优相干Pol-IHP和本文算法ρGIC对船海对比度的增幅情况,在相同子视个数的情况下,HH > HV >ρGIC > Pol-IHP > VV。这表明了在无需分析船只目标散射特性的情况下,建议可直接利用HH极化进行(多)子视相干,减少弱小船只目标的漏检。

(3)针对由方位向模糊噪声引起检测虚警的问题,提出了一种基于极化散射特性的海面船只目标检测方法。本文在四成分极化目标分解的基础上,考虑可能来自地形或粗糙表面的额外交叉极化回波作为漫散射机制,引入广义相似性参数GSP,提出了一种多成分的极化目标分解方法。与以往四成分分解算法(S4R、G4U)进行对比实验,验证了新分解算法的有效性和合理性。在此基础上,利用新分解方法分析了船只目标、方位向模糊及海杂波的极化散射差异性,然后利用体散射分量和螺旋体散射分量,基于二维卷积函数2D-CF,抑制方位向模糊噪声。实验结果表明新算法不仅能抑制由方位向模糊噪声引起的检测虚警,并且通过2D-CF能增强船海对比度,减少了弱小船只目标的漏检;另外,还与上述两种本文算法进行了对比,证明了基于极化散射特性的检测算法能获得更优的检测精度,且受雷达波长的影响较小,更具通用性,且运算效率最高。

【引文格式】魏钜杰。 极化SAR影像海面船只目标自动检测方法研究[J]. 测绘学报,2017,46(1):131-131. DOI: 10.11947/j.AGCS.2017.20160358


更多精彩内容:

院士论坛|杨元喜:我国海洋大地测量基准与海洋导航技术研究进展与展望


论文推荐|姚宜斌:2011年电离层和太阳活动指数的准21.5天振荡分析


行业动态|国家基本比例尺等10项新标准5月1日起实施


行业动态|海外媒体眼中的全球十二大地信产品




新闻|南极冰盖新机场完成测绘数据采集


开奖啦! | 2017年“贺新年 赢好礼”活动获奖名单!


测绘科考队员完成南极昆仑站科考返回中山站


院士论坛|李建成:26年只为“勾勒”精准地球


《测绘学报》2017年第1期网刊发布


论文推荐|唐炉亮:一种众源车载GPS轨迹大数据自适应滤选方法


图片|美哭了~NASA航拍地球璀璨夜景!


行业动态|武大领衔研发“珞珈一号”卫星





权威 | 专业 | 学术 | 前沿

微信投稿邮箱 | song_qi_fan@163.com



微信公众号中搜索「测绘学报」,关注我们,长按上图二维码,关注学术前沿动态。

欢迎加入《测绘学报》作者QQ群: 297834524


进群请备注:姓名+单位+稿件编号