新疆哈密南湖戈壁荒漠区星载全极化SAR线性形迹提取研究

发布时间：2017-10-17 04:26

  本文关键词：新疆哈密南湖戈壁荒漠区星载全极化SAR线性形迹提取研究

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【摘要】：浅覆盖区是遥感地质矿产勘查的难点区域,而我国大陆上覆盖类型多样,包括戈壁、沙漠、植被覆盖、黄土覆盖和冰川覆盖等。由于浅覆盖的遮蔽,岩性和地质构造信息以“间接”、“弱缓”、“复合”、“缺损”的形式出现,普通遥感难以发挥作用。合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SA R)可以穿透表层浅覆盖,获取覆盖层下掩盖的岩性和地质构造信息。随着SAR技术快速发展,SAR的全极化模式提供了地质遥感勘查新的可能性。但是,全极化SAR地质研究主要集中在岩性识别和分类上,缺乏对覆盖区下地质构造信息的识别和提取研究。因此,需要进一步研究全极化SAR地质构造的识别和提取,拓展全极化SAR的应用潜力。本文利用星载全极化SAR侧视成像且具有穿透性的优势,对新疆哈密南湖戈壁荒漠区进行了地质线性形迹的识别和半自动提取研究,评估C波段RADARSAT-2全极化SAR数据,L波段ALOS-PALSAR双极化SAR探测覆盖区下隐伏构造的潜力。论文从地形效应预处理、目标识别和提取算法三个方面进行组织。首先,从SAR侧视成像几何畸变、辐射畸变和极化方位角偏移三个方面阐述并分析了其对线性形迹定位、走向、散射信号畸变的影响,利用DEM模拟SAR成像和极化方位角补偿的方法实现几何畸变和辐射畸变的校正,特别引入旋转不变参数最大化抑制线性形迹走向差异引起的散射信号衰减。其次,构建不同类型线性形迹的物理散射模型,利用极化信号特征空间和目标极化分解方法进行散射信号类型验证；应用边缘保持指数(Edge Preserve Index, EPI)和等效视数(Equivalent Number of Looks, ENL)对所列举的全极化SAR特征参数进行特征选择。最后,利用基于邻域梯度方向直方图(Histogram of Oriented Gradient, HOG)和粒子滤波跟踪算法实现三类图像线性目标的跟踪提取,分析对比了体散射和旋转不变极化参数的在浅覆盖隐伏构造识别的效果,结合岩性分布从构造走向和构造线密度等方面分析了南湖区地质构造模式。论文主要研究结论如下：(1)线性形迹识别的地形效应影响。研究结果表明预处理过程中几何畸变在地质形迹识别和提取之前必须进行正确校正,利用DEM模拟成像可获得较好的几何校正效果；然而,地形引起辐射畸变却有利于部分地性线提取,突出了区域地形特征。另外,线性形迹走向引起极化方位角偏移可通过向圆极化算法估计出极化方位角偏移,再旋转散射矩阵进行补偿,结果显示补偿的峰值主要集中在地形纹理丰富的区域。旋转不变极化参数是另一种抑制极化方位角偏移效应的方法,在实验室证明了这类参数对不同设置线性特征具有很好的表征。(2)线性形迹极化信号和散射机理研究。西北戈壁荒漠区线性特征主要包括褶皱向斜、山脊线、沟谷和隐伏线性构造。其中褶皱向斜和山脊线在SAR图像上表征为强的后向单次或奇次散射,沟谷在特征图像呈现暗色调线状目标,由于局部入射角较大,地表粗糙度小,主要发生布拉格表面弱后向散射,覆盖区隐伏线性形迹具有弱的体散射特征。经过特征选择发现,基于物理散射的目标极化分解方法中,奇次散射分量和体散射分量、部分目标极化分解最大特征值对应的T11分量以及相干矩阵旋转不变的T11,具有很好的线性形迹表征,可应用于全极化SAR线目标提取。(3)线性形迹目标提取。线性形迹追踪算法有效的实现了针对不同线性形迹类型的提取,获得丰富的线性形迹特征。圆形邻域HOG特征具有各向同性,能通过加权统计方法在抑制噪声影响的情况下有效检测出中心点邻域内的主边缘方向。但是在多边缘交汇时,出现方向检测误差,搜索易发生中断。邻域尺度和搜索步长是影响线目标提取的两个重要因素。最后,利用提取的线性形迹进行南湖区地质构造模式分析,提取结果表明,在南北古地质板块挤压作用下,南湖区线性构造以东西向发育为主；同时受东西向剪切作用,主断裂两侧产生对称的次生构造形迹,形成韧性剪切带。
【关键词】：全极化 SAR 线性形迹 目标提取 地质构造
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P627
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-19
• 第一章 绪论19-34
• 1.1 研究背景和意义19-22
• 1.1.1 选题依据与背景19-20
• 1.1.2 研究意义20-22
• 1.2 国内外研究进展22-30
• 1.2.1 极化SAR地质应用研究进展22-26
• 1.2.2 全极化SAR图像处理和目标识别研究进展26-28
• 1.2.3 极化SAR线性特征提取研究进展28-30
• 1.2.4 存在的问题30
• 1.3 研究内容和技术路线30-34
• 1.3.1 研究内容30-31
• 1.3.2 技术路线和章节安排31-34
• 第二章 研究区与数据资料34-44
• 2.1 研究区概况34-36
• 2.1.1 研究区区位34
• 2.1.2 研究区自然地理概况34-35
• 2.1.3 研究区地质背景35-36
• 2.2 数据资料和预处理36-44
• 2.2.1 数据资料36-39
• 2.2.2 数据预处理39-44
• 第三章 全极化SAR成像地形影响分析44-56
• 3.1 全极化SAR成像几何畸变分析44-47
• 3.2 地形辐射校正和极化方位角偏移47-52
• 3.3 旋转不变性与旋转不变极化参数52-55
• 3.4 小结55-56
• 第四章 线性形迹特征分析和极化参数选择56-74
• 4.1 线性形迹类型56-60
• 4.2 线性形迹极化信号分析60-64
• 4.3 目标极化分解和线性形迹散射机理分析64-68
• 4.4 极化散射特征选择68-72
• 4.5 小结72-74
• 第五章 线性形迹目标提取74-94
• 5.1 线性形迹提取过程和算法设计74-81
• 5.1.1 图像边缘增强和形态学滤波74-76
• 5.1.2 线性形迹追踪算法设计76-81
• 5.2 线性形迹提取结果比较和参数分析81-85
• 5.2.1 追踪算法参数分析81-83
• 5.2.2 极化特征线性形迹目标提取对比分析83-85
• 5.3 区域地质构造分析和解译85-93
• 5.3.1 覆盖区地质隐伏形迹分析85-90
• 5.3.2 区域地质构造形迹分析90-93
• 5.4 小结93-94
• 第六章 结论与展望94-97
• 6.1 研究结论94-95
• 6.2 论文特色和创新95
• 6.3 研究展望95-97
• 参考文献97-107
• 硕士期间论文发表情况107-108
• 致谢108-109

【参考文献】

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本文编号：1046807