多时相极化SAR影像变化检测方法研究

发布时间：2020-03-18 12:40

【摘要】：变化检测是通过对同一区域的多次观测获取地表随时间变化的过程,在土地利用规划、环境资源监测、灾害应急等领域发挥了重要作用。遥感技术能够在短时间内获取地表大面积的土地覆盖信息,节省大量的人力、物力资源,成为变化检测的重要手段之一。极化合成孔径雷达(Polarimetric Synthetic Aperture Radar,PolSAR)通过获取地物在多种极化状态下的散射信号,为地物解译提供了更为丰富的信息,相较于单极化SAR,在目标极化散射特性的分析、提取上有着较大的优势。随着机/星载SAR平台技术的不断发展,可利用的PolSAR数据源越来越多,然而如何充分利用极化信息进行变化检测仍是PolSAR应用的前沿问题。本文分别以星载RADARSAT-2和机载UAVSAR多时相PolSAR数据为研究对象,在充分利用极化信息的基础上,针对非监督和监督变化检测方法进行深入研究。本文研究工作主要包括以下几个方面:(1)系统总结了现有的多时相SAR影像变化检测算法,对非监督和监督变化检测进行了深入分析。分别通过差异影像提取/时相SAR影像独立分类、阈值分割/对比分类结果和精度评价三个方面开展非监督/监督变化检测的研究。(2)在多时相SAR影像非监督变化检测差异影像提取方面,针对现有差异影像提取方法主要集中在单极化和多极化SAR、极化信息利用不充分等方面的问题,深入分析了 PolSAR相对于单极化和多极化SAR在差异影像提取上的优势,在充分利用相干/协方差矩阵全部元素的基础上,发展了一种基于假设检验的全极化差异影像提取方法,提高差异影像的区分能力。实验结果表明,本文的方法能够有效的提高变化和未变化区域的区分程度,在一定程度上减少了外界干扰因素的影响。(3)在多时相SAR影像非监督变化检测阈值分割方面,系统总结了相关自动阈值选取方法;通过对差异图的统计分布特征进行研究,提出了利用广义高斯模型对差异影像的统计分布进行模拟,在此基础上,对最小分类误差方法(Kittler and Illingworth,KI)进行了改进,实现了差异影像阈值的自动提取。实验结果表明,本文提出的阈值分割方法能够提高变化检测的精度。(4)在多时相PolSAR影像监督变化检测方面,针对主流监督变化检测方法前后时相相关信息利用不充分、过度依赖分类精度、非监督变化检测方法不能对前后时相类别变化进行检测的问题,提出了基于相似度测度的联合分类变化检测策略。相似度测度有效利用了多时相影像的上下文/时间信息,对分类进行约束,实现了对类别变化检测的提取。实验结果表明,本文提出的方法可以利用较少的监督样本完成高精度变化检测信息的提取。(5)在湿地水位变化监测方面,对当前时序SAR影像湿地水位变化的检测方法进行了总结分析,针对干涉合成孔径雷达(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术依赖时序SAR影像相干性、PolSAR技术不能检测变化程度、湿地地物较难区分的问题,首次提出联合PolSAR和InSAR技术进行大范围湿地动态变化监测。通过利用PolSAR非监督变化检测技术以及InSAR相干图的先验信息对湿地变化和不变区域进行提取,并通过极化分解和同极化相位差对不变区域进行极化特征提取,确定地物的散射类型;利用InSAR相干图对PolSAR联合分类获得的类别变化结果进行验证,并通过PolSAR提取的类别变化信息与InSAR干涉图对水位升/降趋势进行估计。
【图文】：

遥感影像,电磁波谱,频段,传感器

Ｒａｄａｒｓａｔ－２逦Ｇａｏｆｅｎ－３逡逑图１－１遥感影像变化检测：以武汉地区为例逡逑目前，针对变化检测常用的遥感传感器主要有光学（被动传感器）和合成孔径逡逑雷达（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ邋Ａｐｅｒｔｕｒｅ邋Ｒａｄａｒ，邋ＳＡＲ）（主动传感器），对应传感器类型和电磁波谱占逡逑用频率范围（Ｍｏｒｅｉｒａｅｔａｌ．，２０１３）如图１－２所示。．相比于光学传感器，ＳＡＲ传感器通过逡逑主动发射电磁波进行地表探测，不依赖太阳光源，能全天时工作；其发射的电磁波逡逑波段在Ｋａ波段到Ｐ波段之间（如图１－２所示），远大于光学遥感感应波段，而长波逡逑段可以不受雨雪雾霾等恶劣的天气影响，是一种可对地表进行全天候观测的技术手逡逑段。全极化合成孔径雷达（Ｐｏ】ａｒｉｍｅｔｒｉｃＳＡＲ，ＰｏｌＳＡＲ）作为ＳＡＲ遥感技术的重要分逡逑支

变化检测,被动传感器,遥感传感器,成孔

针对变化检测常用的遥感传感器主要有光学（被动传感器）和合成孔径逡逑雷达（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ邋Ａｐｅｒｔｕｒｅ邋Ｒａｄａｒ，邋ＳＡＲ）（主动传感器），对应传感器类型和电磁波谱占逡逑用频率范围（Ｍｏｒｅｉｒａｅｔａｌ．，２０１３）如图１－２所示。．相比于光学传感器，ＳＡＲ传感器通过逡逑主动发射电磁波进行地表探测，不依赖太阳光源，能全天时工作；其发射的电磁波逡逑波段在Ｋａ波段到Ｐ波段之间（如图１－２所示），远大于光学遥感感应波段，而长波逡逑段可以不受雨雪雾霾等恶劣的天气影响，是一种可对地表进行全天候观测的技术手逡逑段。全极化合成孔径雷达（Ｐｏ】ａｒｉｍｅｔｒｉｃＳＡＲ，ＰｏｌＳＡＲ）作为ＳＡＲ遥感技术的重要分逡逑支，通过不同的收发方式获取地物在更多极化状态下的散射信号（王超２００８），相比逡逑于单极化和双极化ＳＡＲ为地物解译提供了更为丰富的信息，，增强了邋ＳＡＲ传感器对逡逑目标进行监测的＾力。逦逡逑’逦主动传感器逦＇逡逑＿邋．逦Ｋａ邋Ｋｕ邋Ｃ邋Ｌ逡逑频率（ＨＺ）邋逦逦逡逑１０１５逦１０１４逦１０１３逦１０１２逦１０＂逦１０１０邋ｌ0９逡逑Ｉ邋＜邋Ｍ邋Ｍ逦Ｉ邋ｉ逦Ｉ邋ｉ逦１邋ｉ逦Ｉ邋ｉ逦Ｉ逡逑ｌＯＯｎｍ邋ｌｕｍ邋１邋Ｏｕｍ邋１邋ＯＯｕｍ邋１ｍｍ邋ｌｃｍ邋１０ｃｍ邋ｌｍ逡逑Ｉ光学传感器ｉ逦波长逡逑被动传感器逡逑＼逦／逡逑图１－２不同传感器在电磁波谱上所占用的频段逡逑２逡逑
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P237

【参考文献】