干旱区生态环境知识资源中心(Arid): SAR图像浅海水下地形检测方法研究

Arid

	SAR图像浅海水下地形检测方法研究
	王珂; 张元; 杨静; 管爱红; 王赞; 惠延波; 张庆辉; 秦瑶; 任笑真; 樊超; 全磊; 傅洪亮; 王锋; 梁义涛; 靳婷
完成单位	河南工业大学
登记(发布)日期	2010
中文摘要	简要技术说明：浅海水下地形和水深的测量对浅海石油勘测与开采、海底通信电缆和光缆的埋设、海上航运安全、海洋渔业、海洋搜救、浅海地质环境监测等具有十分重要的意义。同时也是军事海洋学研究的重要内容。目前,合成孔径雷达(SAR)已成为了浅海水下地形遥感探测的重要手段。 2006年德国科学家Hennings的现场实验表明浅海水下地形往往具有移动性,即在潮流运动的长期作用下,水下地形沿特征变化方向会移动一定距离,其类似于沙漠中沙坡的移动。欧盟的C-STAR项目和德国的OROMA项目都将此类现象列入了海洋地质环境的调查、监测内容。此外,浅海水下地形的SAR遥感成像还依赖于气象、水文条件。即使同一地点的水下地形在不同的气象、水文条件下有时能完整成像,有时只能部分成像,甚至是不能成像。因此,水下地形在不同时期的SAR遥感图像上表现得“时隐时现”、区域大小也在变化。所以,需要对水下地形进行长期监测,以充分、及时地掌握水下地形区域的位置、大小、动态变化,及发现新出现的水下地形区域。对浅海水下地形的长期监测,需要自动化的检测算法,以快速处理大量的、长期的日常SAR遥感图像。但有关SAR图像中浅海水下地形的检测方法,至今国内外未见报道。本项目针对有关问题进行了深入研究,提出了SAR图像中浅海水下地形区域的检测算法。利用本项目提出的检测算法,可对水下地形区域进行长期监测,以快速处理大量的、长期的日常SAR遥感图像。自动化的检测算法极大地提高了浅海水下地形区域检测的效率,同时大大降低了遥感图像解译人员的劳动强度。本项目的特色与创新之处主要体现在以下几个方面： 1．提出了浅海水下地形特征变化方向提取方法研究、设计了有效、可靠的水下地形特征变化方向提取方法。水下地形特征变化方向是水下地形SAR成像的主要图像特征,其提取方法是SAR图像浅海水下地形检测的关键技术。利用二维快速Fourier变换(FFT),可计算SAR图像的波数谱。在频域中可提取出SAR图像中亮暗条纹的变化方向,即为水下地形的特征变化方向。设计、给出了特征变化方向提取方法的流程,并通过对实际SAR图像数据的实验,验证了该方法的有效性和准确性。 2．提出了基于不变矩的浅海水下地形区域描述方法研究、设计了有效、可靠的水下地形区域描述方法。水下地形区域的描述方法是将水下地形区域与其它SAR图像区域相区分的关键,也是SAR图像浅海水下地形检测的关键技术。由于水下地形SAR图像具有亮暗相间的条纹特征,考虑采用不变矩来描述水下地形的区域特征。不变矩描述的是图像内容的相似性、是图像的统计特征,通过对实际SAR图像数据的实验,证明了采用不变矩来描述水下地形的区域特征,具有可行性和适应性。 3．提出了浅海水下地形区域检测算法研究、设计了有效、可靠的水下地形区域检测算法。浅海水下地形被SAR遥感成像后,具有明显、典型的图像特征。在斑点噪声抑制、特征变化方向提取、水下地形区域描述等研究的基础上,根据水下地形的SAR图像特征,综合提出了SAR图像中水下地形区域的检测算法。通过对实际SAR图像数据的水下地形区域检测,验证了检测算法的有效性和准确性。通过与SAR图像人工目视判读的比较,证明了所提出的检测算法能有效地检测出具有亮暗条纹特征的水下地形区域。 4．开发了浅海水下地形区域检测算法的程序软件设计、实现了水下地形区域检测算法的程序软件。设计、实现了自动化的检测算法处理程序软件,处理程序中的有关参数不需要人工设置,程序可以根据输入的实际SAR图像数据情况来自动地估计、设置有关参数,自动化地完成SAR图像中水下地形区域的检测,并将检测的结果可视化地显示出来,可在输入的原始SAR图像中直观地观察到检测出的水下地形区域的位置和分布。推广应用前景：无论是研制SAR遥感应用系统,还是开发遥感信息处理软件,研究开发地物目标的检测算法、实现地物目标的遥感信息处理,都是其中的重要内容和关键技术。浅海水下地形作为一种重要的地物目标,如果其SAR图像检测算法能被包含于SAR遥感应用系统和遥感信息处理软件之中,将进一步完善SAR遥感应用系统和遥感信息处理软件的功能,大大提高国产软件的市场竞争力和市场份额。此外,浅海水下地形作为一种具有军事价值的地物目标,在SAR遥感应用系统中包含SAR图像水下地形区域检测算法,对提高我国国防技术水平也有重要意义。本项目属于SAR(合成孔径雷达)遥感图像的图像处理、目标检测算法等方面的研究,该方面是目前国内外研究的热点,本项目具有较强的学术前瞻性和技术先进性。本项目解决了SAR图像中浅海水下地形区域的目标检测问题。自动化的检测算法大大提高了浅海水下地形区域检测的效率,对SAR遥感图像的处理应用、目标解译等具有实用价值。本项目的研究成果将为我国未来SAR遥感应用系统和遥感信息处理技术的自主发展提供必要的技术支撑,对我国SAR遥感应用技术的发展起到积极的推动作用,具有良好的经济和社会效益。
中文关键词	SAR图像 ; 浅海 ; 水下地形 ; 检测算法
成果类型	应用技术
中图法分类号	P714.7
URL	http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001572883
资源类型	成果
条目标识符	http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/242777
推荐引用方式 GB/T 7714	王珂,张元,杨静,等. SAR图像浅海水下地形检测方法研究[Z]. 应用技术,2010.