[发明专利]一种极化合成孔径雷达遥感海面溢油区域精确提取方法

说明书

本发明公开了一种极化合成孔径雷达遥感海面溢油区域精确提取方法，包括：对SAR图像进行极化滤波，降低噪声对海面信息提取的影响；采用多种手段提取有效的极化特征；利用堆栈自编码器(SAE)对海面矿物油与非油膜区域进行分类；对分类结果进行形态学处理，得到矿物油区域掩模；对后向散射截面强度图像进行空间密度阈值分割，获取高精度的油膜边界；将掩模与油膜边界进行融合，得到精确的海面溢油区域提取结果。本发明的方法解决了现有技术中矿物油与生物油膜似然物的区分和油膜边界精准提取的难题。

技术领域

本发明属于遥感图像处理技术，尤其涉及一种利用合成孔径雷达遥感图像进行海面溢油区域精确提取的方法。

背景技术

海洋溢油是海岸带环境的主要威胁之一，及时有效的溢油监控对保护海洋生态安全有着重要的意义。合成孔径雷达(SAR)具有不受云雨影响，全天候工作的优点，在遥感监测中具有独特的优势。因为溢油的存在会衰减海面布拉格散射，在SAR图像上形成暗区，因此传统的SAR海面溢油检测主要通过检测海面黑斑来实现。然而研究表明，一些似然物(如生物油膜)也会在SAR图像中形成类似的黑斑，为海面溢油的准确检测带来挑战。

与单极化SAR相比，全极化SAR系统不仅能够获取地物的后向散射强度信息，还能够获得地物在任意不同极化电磁波照射下的极化散射特性。研究表明，利用极化信息可以有效区分矿物油和生物油膜似然物。由于交叉极化通道的后向散射信噪比较低，融合从同极化图像提取的油膜边界和从极化特征获取的油膜分类信息能够实现更为精确的海面溢油提取。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种极化合成孔径雷达遥感海面溢油区域精确提取方法，该方法解决了现有技术中海面油膜区域提取精度有限的难题。

本发明采用的技术方案为一种极化合成孔径雷达遥感海面溢油区域精确提取方法，本方法的实现步骤如下：

S1预处理

对SAR图像地理编码，提取海面矿物油及非矿物油(包括海面及生物油膜似然物)的训练样本区域。通过极化SAR图像的后向散射矩阵S得到其协方差矩阵C(若数据未提供)，及Stokes矩阵。

S2极化滤波

对极化SAR图像进行极化滤波，选用滤波算法包括Boxcar和Lopez基于模型的滤波器等，计算滤波后SAR图像的极化协方差和相干矩阵。

S3特征提取

从极化SAR图像的协方差矩阵和相干矩阵提取一系列极化特征，之后选择利用ReliefF算法对特征进行选择或利用主成分分析(PCA)对特征进行降维，得到能够有效区分矿物油和生物油膜似然物的特征集。

S4溢油分类

基于训练样本的极化特征对堆栈自编码器(SAE)进行训练，区分矿物油和非矿物油覆盖海面区域，利用训练好的分类器对极化SAR图像进行分类。溢油分类也能够选用支持向量机或随机森林等其他分类器。

S5信息融合

1)利用Gauss卷积核对VV通道后向散射信号进行卷积处理，对结果进行空间密度阈值分割；2)对溢油分类结果进行形态学处理，包括：腐蚀，膨胀；将1)与2)的结果求并集，得到高准确度和边界完好的海面油膜区域。

与现有技术相比较，本发明通过基于极化SAR特征的溢油分类信息和基于同极化后向散射截面的油膜边界信息，结合极化滤波，堆栈自编码器，形态学处理等技术，实现高精度的海面溢油区域提取，为海洋环境的保护和相关的研究和业务化应用提供重要技术支持。

附图说明