结合FCN和多特征的全极化SAR土地覆盖分类

针对极化合成孔径雷达(PolSAR)影像地物分类特征表征性弱,以及传统全卷积网络(FCN)分类精度较低、效果差的问题,该文提出了一种结合FCN和多特征的全极化SAR土地覆盖分类算法。首先,根据PolSAR影像和极化目标分解获取散射特征参数构建特征空间,利用主成分分析(PCA)对特征空间实现降维,以优化特征组合;接着,以SegNet建模思想为基础,在网络中层嵌入多层多尺度非对称卷积单元(MACU)结构,并在中层添加代价函数构建双代价收敛(DC)结构,基于此设计了DC-MA-FCN网络;然后,以优化后的特征组合为输入,通过DC-MA-FCN网络进行多层自主学习训练网络,并利用训练好的网络进行PolSAR影像初始分类;最后,组合DC-MA-FCN网络分类结果和形态学方法实现最终分类。该方法对两地区的PolSAR影像进行取样和试验,并使用多种评价指标定量分析,表明了算法的可行性和有效性。     

基于Freeman散射熵和各向异性度的极化SAR影像分类算法研究

极化SAR影像中阴影、水体和裸露的耕地3种地物类型有非常相似的极化散射特性,常规基于非相干分解的分类方法难以将其有效地区分。对此,本文引入基于Freeman分解的散射熵Hf和各向异性度Af两个特征参数,并将其用于极化SAR影像分类。首先利用Hf和Af参数将阴影和水体提取出来,然后将其他地物按散射机制分为3大类,并对每一类再次利用Hf和Af参数进行细分,最后通过基于Wishart分布的聚类和迭代分类,得到最终的分类结果。通过利用Radarsat-2在河南登封获取的全极化SAR数据进行试验,表明该算法执行效率高,能够有效地区分阴影、水体和裸露的耕地,并且对其他地物类型也有很好的分类效果。     

利用改进三分量分解与Wishart分类的极化SAR图像建筑提取

本文针对基于Freeman分解的建筑提取方法存在的问题, 提出采用圆极化相关系数实现选择性去取向, 同时引入广义体散射模型, 构建面向建筑提取的改进三分量分解模型, 以准确分析地物的散射特性。在此基础上, 发展了一种综合利用改进三分量分解与Wishart迭代分类算法的极化SAR图像建筑提取方法。使用E-SAR全极化数据的试验结果表明, 本文方法能够有效减少建筑与植被的误分, 并提高建筑信息提取的准确性。     

利用改进三分量分解与Wishart分类的极化SAR图像建筑提取方法

本文针对基于Freeman分解的建筑提取方法存在的问题,提出采用圆极化相关系数实现选择性去取向,同时引入广义体散射模型,构建了面向建筑提取的改进三分量分解模型,以准确分析地物的散射特性。在此基础上,发展了一种综合利用改进三分量分解与Wishart迭代分类算法的极化SAR图像建筑提取方法。使用E-SAR全极化数据的试验结果表明,本文方法能够有效减少建筑与植被的误分,并提高建筑信息提取的准确性。     

PolSAR数据在矿山遥感监测中的可行性研究

随着极化合成孔径雷达系统的发展,Pol SAR数据在各个领域得到了广泛的应用。本文研究了Pol SAR数据在矿山监测领域的可行性。首先对Pol SAR数据进行滤波去噪等预处理;然后介绍了适合矿山地物分类的Cloude特征向量分解和Freeman分解方法,在极化分解的基础上采用了一种结合散射熵和Freeman分解的Wishart分类方法进行分类,最终得到矿山监测地物的分类图,并通过人工解译的方式对分类后的图像信息进行归类并建立数据库,得到矿山地区的地物分类图。以机载Pol SAR数据为例,得到了较好的实验结果。     

RADARSAT-2全极化SAR数据地表覆盖分类

全极化合成孔径雷达(SAR)能够测量每一观测目标的全散射矩阵,但地物分布的复杂性往往造成不同地物具有相似的后向散射信号特征,因而增加了地物信息提取的难度。文中基于北京地区的RADARSAT-2全极化雷达数据,在图像处理的特征分解的基础上,利用PolSARPro软件提取包含地物散射机理信息的各种极化参数,按H-α、A-α、H-A对全极化SAR影像进行基于散射机理的分类,继而将分类结果作为Wishart H/A/α、Wishart H/α的初始类别划分。最后,采用决策树分类算法对基于Wishart分布的监督分类及以上两种分类算法进行融合处理,从而实现地物的分类,并将分类结果与经典的分类算法进行对比分析,验证了文中方法的有效性。     

一种自适应的混合Freeman/Eigenvalue极化分解模型

全极化SAR数据的极化分解在土地利用分类、目标检测与识别以及地表参数反演等领域得到了广泛应用。目前,主要有基于特征值分解和基于模型分解2类极化分解方法。混合Freeman/Eigenvalue极化分解结合了两者的优势,避免了基于模型的极化分解中负功率问题并且能够利用已知的散射机制解释分解后的散射分量。为了进一步拓展该分解在不同地表类型中的应用,通过引入参数Neumann一般化体散射模型,提出了一种自适应的极化分解模型。利用德国Black Forest地区的L波段AirSAR(airborne synthetic aperture Radar)全极化数据进行实验,并与现有的Yamaguchi三分量模型和自适应非负分解(adaptive nonnegative eigenvalue decomposition,ANNED)对比分析,以验证模型的有效性。研究表明,自适应的混合Freeman/Eigenvalue极化分解模型保证了分解能量的非负性及完全分解,适应于不同类型的地表,能有效地区分不同地类。     

基于目标分解及纹理信息的全极化SAR影像分类

全极化SAR影像含有丰富的特征信息,针对单一特征用于分类难以达到满意精度的问题,提出一种基于不同目标分解方法及纹理信息的SVM(Support Vector Machine,SVM)全极化SAR影像监督分类方法。结果表明,Cloude分解和Yamaguchi分解在极化特征信息提取时各有优势,且都优于Freeman分解效果;Cloude分解和Yamaguchi分解结合作为极化特征信息时,分类总体精度相对较高;纹理信息与极化特征信息在表现地物特性方面具有互补性,结合纹理信息后,分类总体精度提高了4.92%,为90.86%,Kappa系数为0.8754。     

栈式稀疏自编码网络的多时相全极化SAR散射特征降维

利用极化合成孔径雷达（PolSAR）能够实现地物的识别和分类,而多时相全极化SAR可以获取地物更多的散射特征,提升地物识别精度,但高维散射特征的引入会带来严重的维数灾难问题。为了实现对高维散射特征的有效降维,本文提出一种基于栈式稀疏自编码网络S-SAE（Stacked Sparse AutoEncoder）的多时相PolSAR散射特征降维方法。该方法首先对PolSAR数据进行极化目标分解以获取高维散射特征;然后使用S-SAE对获取的多维特征进行降维处理,其中S-SAE降维方法首先采用无监督训练方式进行逐层贪婪训练;再结合Sigmod分类器,利用监督训练的方式对S-SAE进行参数优化,实现高维特征的有效降维;最后以降维后的特征作为支持向量机（SVM）和卷积神经网络（CNN）分类器的输入,实现地物分类。通过仿真和实测的两组多时相Sentinel-1数据处理结果表明,双隐层的S-SAE降维方法在各分类器上均取得最优的降维效果;对比各降维方法在SVM分类器上的分类精度,S-SAE较于局部线性嵌入（LLE）与主成分分析（PCA）降维方法,总体分类精度分别至少提升了9%和14%;在CNN分类器上,S-SAE较于LLE与PCA降维方法,总体分类精度分别至少提升了7%和9%。     

一种结合Freeman分解和散射熵的MRF多极化SAR影像分割算法

针对多极化SAR图像,采用Freeman分解理论,将其分为表面散射、偶次散射、体散射、混合散射4种散射机制,并通过H/Alpha分解提取散射熵,将地物初始分为12类,并运用聚合的层次聚类算法对初始分类结果进行合并。利用Wishart分布对特征场进行建模,用模拟退火优化方法求取基于最大后验准则下的分割结果。     

利用SVM的全极化、双极化与单极化SAR图像分类性能的比较

支持向量机(SVM)以其在小训练样本时良好的分类性能,目前已广泛应用于多个领域.本文在极化SAR图像特征提取基础上,将SVM应用于极化SAR图像分类,定性和定量地比较了全极化、双极化和单极化SAR图像的分类性能,分析了不同的极化组合对分类结果的影响,并根据地物极化散射特性分析了分类精度差异的成因.实测极化SAR数据的实验结果表明,全极化数据能获得最好的分类性能,双极化次之,单极化最低,且在某些情况下,双极化与全极化分类性能接近.     

结合Freeman分解与子孔径散射特性的极化SAR图像分类

本文结合Freeman分解和子孔径分析,提出一种新的极化SAR图像分类算法。该方法首先利用子孔径分解,产生不同方位观察角度下的子孔径图像,再利用Freeman分解对各个子孔径图像提取三种散射机理成分的功率,平均后对类别进行细分,最后使用Wishart统计分类器对类别进行分类划分得到最终结果。该方法考虑了极化散射机理在不同方位观察角度下的变化,能够取得较好的分类效果,能够保存主要极化散射特性的纯度,同时还可以动态地设定分类类别数。最后利用EMISAR获取的极化SAR数据进行了仿真,验证了该方法的有效性。     

简缩极化特征值分析的溢油检测

为有效利用简缩极化SAR进行海洋溢油检测,本文基于简缩极化特征值分析,提出了3个用于简缩极化溢油检测的参数,引入了基于简缩极化特征值分解的简缩极化熵Hc(Compact Polarization Entropy)、简缩极化比参数PFc(Compact Polarization Fraction)、简缩极化基准高度PHc(Compact Polarization Pedestal Height)特征进行海洋溢油检测。海表的散射类型主要为低熵散射(小粗糙面发生的Bragg散射),为弱去极化、弱散射过程随机性状态,由于溢油会阻尼海水的Bragg散射,使其熵值变高、呈去极化、强散射过程随机性状态,故简缩极化熵、简缩极化比参数和简缩极化基准高度可以用来检测海洋溢油。本文采用C波段的Radarsat-2、SIR-C/X-SAR数据进行了实验,结果表明:简缩极化熵、简缩极化比参数和简缩极化基准高度能够有效抑制疑似溢油,使海水与疑似溢油差异变小;突出溢油区域,使海水与溢油的可区分性变大。     

顾及分类器参数的全极化SAR图像特征选择与分类

全极化SAR获取的信息量远多于传统SAR,但信息量的增加并不能确保分类精度的提高,如何有效进行特征选择至关重要。针对自适应特征选择问题,提出一种顾及分类器参数的特征选择和分类方法。该方法以支持向量数为评估依据,结合遗传算法进行特征选择,并同时对分类器参数进行寻优;最后利用优选的特征集和模型参数进行分类。为验证算法的有效性,利用两组全极化数据进行了监督分类实验。实验结果表明,提出方法降低了SVM分类器对自身参数的敏感性,而且能在较少特征个数下具备良好的泛化性能,分类精度优于未经过特征选择和参数优化的方法。     

Object-oriented crop mapping and monitoring using multi-temporal polarimetric RADARSAT-2 data

The aim of this paper is to assess the accuracy of an object-oriented classification of polarimetric Synthetic Aperture Radar (PolSAR) data to map and monitor crops using 19 RADARSAT-2 fine beam polarimetric (FQ) images of an agricultural area in North-eastern Ontario, Canada. Polarimetric images and field data were acquired during the 2011 and 2012 growing seasons. The classification and field data collection focused on the main crop types grown in the region, which include: wheat, oat, soybean, canola and forage. The polarimetric parameters were extracted with PolSAR analysis using both the Cloude–Pottier and Freeman–Durden decompositions. The object-oriented classification, with a single date of PolSAR data, was able to classify all five crop types with an accuracy of 95% and Kappa of 0.93; a 6% improvement in comparison with linear-polarization only classification. However, the time of acquisition is crucial. The larger biomass crops of canola and soybean were most accurately mapped, whereas the identification of oat and wheat were more variable. The multi-temporal data using the Cloude–Pottier decomposition parameters provided the best classification accuracy compared to the linear polarizations and the Freeman–Durden decomposition parameters. In general, the object-oriented classifications were able to accurately map crop types by reducing the noise inherent in the SAR data. Furthermore, using the crop classification maps we were able to monitor crop growth stage based on a trend analysis of the radar response. Based on field data from canola crops, there was a strong relationship between the phenological growth stage based on the BBCH scale, and the HV backscatter and entropy.     

一种利用Cloude-Pottier分解和极化白化滤波的全极化SAR图像分类算法

提出了一种新的基于Cloude-Pottier分解和极化白化滤波(PWF)的全极化SAR数据分类算法。该算法利用PWF的结果来代替反熵A对复WishartH/α分类结果进行进一步细化,按PWF的值将复WishartH/α分类结果由8类分为16类,然后再次进行Wishart迭代分类。实验结果表明,该算法能有效地提高分类精度,分类结果明显优于常规的复WishartH/α分类结果和复WishartH/α/A分类结果。     

Implementation of RISAT-1 Hybrid Polarimetric Decomposition Techniques and Analysis Using Corner Reflector Data

With recent advances in polarimetry, Synthetic Aperture Radar (SAR) with Hybrid–polarity architecture, a demonstration of compact polarimetry enabled larger swath coverage, reduced PRF and SAR system complexity as compared to fully polarimetric systems. The first Hybrid Polarimetric Space-borne SAR in Earth Observation orbit, India’s Radar Imaging Satellite (RISAT-1) is a new-fangled gateway to remote sensing user community for land and oceanic applications. In response to a right-circular polarized transmitted signal, based on the derived stokes vectors, Stokes parameters are estimated to produce several useful quantitative measures for generating polarimetric decomposed image. m-delta, m-chi and m-alpha polarimetric decomposition methods along with suitable weighting functions in terms of three principal components are implemented which maps Stokes parameters to RGB image space for representing odd bounce, even bounce and volume scattering targets. Various RISAT-1 Hybrid Fine Resolution Stripmap Single-Look Complex SAR datasets acquired over deployed corner reflectors at calibration site, Shadnagar have been considered over which different hybrid polarimetric decomposition techniques are implemented using in-house developed software. Further analysis produced encouraging results with standard point targets like dihedral and trihedral corner reflectors against distributed targets in the same scene to demonstrate the scattering mechanisms as per their characteristics when interacted with a polarized signal were presented in this paper.