基于非极化分量的SAR图像海洋锋特征增强方法

赵亚威; 孙凯; 种劲松

doi:10.37188/OPE.20212906.1440

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于非极化分量的SAR图像海洋锋特征增强方法

信息科学 | 更新时间：2026-09-12

- 基于非极化分量的SAR图像海洋锋特征增强方法
- Enhancement method of oceanic front features in SAR images based on nonpolarized components
- 光学精密工程 2021年29卷第6期页码：1440-1447
- 作者机构：
  
  1.中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
  2.微波成像技术国家级重点实验室，北京 100190
  3.中国科学院大学，北京 100049
- 作者简介：
  
  赵亚威（1995-），男，山东曲阜人，博士研究生，2017年于中国矿业大学获得学士学位，主要从事SAR海洋成像、极化SAR等方面的研究。E-mail：zhaoyawei17@mails.ucas.ac.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(41276185)
- DOI：10.37188/OPE.20212906.1440
  中图分类号： TN957.52
- 收稿：2020-07-10，
  
  修回：2020-09-06，
  
  纸质出版：2021-06-15
- 稿件说明：
移动端阅览
赵亚威,孙凯,种劲松.基于非极化分量的SAR图像海洋锋特征增强方法[J].光学精密工程,2021,29(06):1440-1447.

ZHAO Ya-wei,SUN Kai,CHONG Jin-song.Enhancement method of oceanic front features in SAR images based on nonpolarized components[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(06):1440-1447.
赵亚威,孙凯,种劲松.基于非极化分量的SAR图像海洋锋特征增强方法[J].光学精密工程,2021,29(06):1440-1447. DOI： 10.37188/OPE.20212906.1440.

ZHAO Ya-wei,SUN Kai,CHONG Jin-song.Enhancement method of oceanic front features in SAR images based on nonpolarized components[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(06):1440-1447. DOI： 10.37188/OPE.20212906.1440.

摘要

受到海面整体运动、海面后向散射系数相对低以及海况的影响，海洋锋特征在SAR图像中表现较弱，给后续的应用带来困难，亟需开展海洋锋特征增强方法的研究。SAR海面回波可以分解成Bragg散射分量和非极化分量，本文提出了一种基于非极化分量的SAR图像海洋锋特征增强方法。首先对双极化（VV和HH极化）数据进行辐射定标，为解决非极化分量提取过程中噪声增强的问题，对定标结果进行滤波；然后计算Bragg散射极化比；最后借助于极化差和极化比提取非极化分量，实现海洋锋特征增强。本文使用ALOS PALSAR数据进行处理验证，并通过计算峰值-背景比（PBR）和等效视数（ENL）进行定量分析。实验结果表明，经过本文方法处理后PBR较双极化图像可以提升15%以上，ENL较双极化图像可以提升30%以上。实验结果证明了方法的有效性，为后续的应用奠定基础。

Abstract

Owing to the sea surface motion， relatively low NRCS of the sea surface， and influence of the sea state， the oceanic front features in SAR images tend to be weak； this causes difficulties in subsequent applications. Therefore， it is imperative to develop methods for enhancing oceanic front features. The sea surface echoes received by SAR can be decomposed into Bragg scattering components and nonpolarized components. This paper proposes a method for enhancing oceanic front features based on these nonpolarized components. First， dual co-polarization （VV and HH） radar data are calibrated. To address the problem of noise enhancement during the extraction of nonpolarized components， the calibrated results are filtered. Subsequently， we calculate the Bragg model polarization ratio. Finally， the nonpolarized components are extracted based on the polarization difference and polarization ratio to enhance the oceanic front features. In this study， the ALOS PALSAR data are processed. Quantitative analyses are performed by calculating the peak-to-background ratio （PBR） and the equivalent number of looks （ENL）. The experimental results indicate that the PBR increased by more than 15% and the ENL increased by more than 30%， as compared with those for dual-polarization images. These experimental results prove the effectiveness of the proposed method， serving as the basis for subsequent applications.

关键词

Keywords

references

BELKIN I M ， CORNILLON P C ， SHERMAN K . Fronts in Large Marine Ecosystems ［J］. Progress in Oceanography ， 2009 ， 81 （ 1-4 ）： 223 - 236 .

平博 . 海洋场恢复与锋面检测方法研究［D］. 武汉：武汉大学， 2015 .

PING B . Researches on Oceanic Field Recovery and Front Detection ［D］. Wuhan ： Wuhan University ， 2015 . （in Chinese）

陈彦彤，李雨阳，吕石立，等 . 基于深度语义分割的多源遥感图像海面溢油监测［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 5 ）： 174 - 185 .

CHEN Y T ， LI Y Y ， LV S L ， et al . Research on oil spill monitoring of multi-source remote sensing image based on deep semantic segmentation ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2020 ， 28 （ 5 ）： 174 - 185 . （in Chinese）

吴文达，张葆，洪永丰，等 . 机载红外与合成孔径雷达共孔径天线设计［J］. 中国光学， 2020 ， 13 （ 3 ）： 595 - 604 .

WU W D ， ZHANG B ， HONG Y F ， et al . Design of co-aperture antenna for airborne infrared and synthetic aperture radar ［J］. Chinese Optics ， 2020 ， 13 （ 3 ）： 595 - 604 . （in Chinese）

吴诗婳 . 遥感图像预处理与分析方法研究［D］. 南京：南京航空航天大学， 2017 .

WU S H . Research on Preprocessing and Analysis Methods for Remote Sensing Images ［D］. Nanjing ： Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ， 2017 . （in Chinese）

李婷婷，许素芹，陈捷 . 基于SAR图像的海洋锋检测方法［J］. 海洋技术学报， 2018 ， 37 （ 5 ）： 40 - 45 .

LI T T ， XU S Q ， CHEN J . A Method for Oceanic Front Detection Based on SAR Images ［J］. Journal of Ocean Technology ， 2018 ， 37 （ 5 ）： 40 - 45 . （in Chinese）

陈标，张本涛，何伟平 . 利用星载SAR图像检测海洋锋的方法［J］. 遥感技术与应用， 2002 ， 17 （ 4 ）： 177 - 180 .

CHEN B ， ZHANG B T ， HE W P . Detection of Ocean Fronts from Spaceborne SAR Images ［J］. Remote Sensing Technology and Application ， 2002 ， 17 （ 4 ）： 177 - 180 . （in Chinese）

李新武，郭华东，彭星，等 . SAR对地观测技术及应用新进展［J］. 南京信息工程大学学报， 2020 ， 12 （ 2 ）： 170 - 180 .

LI X W ， GUO H D ， PENG X ， et al . New Advances of SAR and Its Application in Earth Observation ［J］. Journal of Nanjing University of Information Science and Technology ， 2020 ， 12 （ 2 ）： 170 - 180 . （in Chinese）

PHILLIPS O . Radar returns from the sea surface-bragg scattering and breaking waves ［J］. Journal of Physical Oceanography ， 1988 ， 18 （ 8 ）： 1065 - 1074 .

MYASOEDOV A ， KUDRYAVTSEV V ， CHAPRON B . Dual co-polarized SAR imaging of the ocean surface phenomena ［C］. Conference Proceedings of 2013 Asia-Pacific Conference on Synthetic Aperture Radar （APSAR）， 2013 .

KUDRYAVTSEV V N ， CHAPRON B ， MYASOEDOV A G ， et al . On dual co-polarized sar measurements of the ocean surface ［J］. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters ， 2013 ， 10 （ 4 ）： 761 - 765 .

KUDRYAVTSEV V ， KOZLOV I ， CHAPRON B ， et al . Quad-polarization SAR features of ocean currents ［J］. Journal of Geophysical Research Oceans ， 2014 ， 119 （ 9 ）： 6046 - 6065 .

FAN S ， KUDRYAVTSEV V ， ZHANG B ， et al . On c-band quad-polarized synthetic aperture radar properties of ocean surface currents ［J］. Remote Sensing ， 2019 ， 11 （ 19 ）： 2321 .

SHIMADA M ， ISOGUCHI O ， TADONO T ， et al . PALSAR radiometric and geometric calibration ［J］. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing ， 2009 ， 47 （ 12 ）： 3915 - 3932 .

LEE J S ， JURKEVICH L . Speckle filtering of synthetic aperture radar images： A review ［J］. Remote Sensing Reviews ， 1994 ， 8 ： 313 - 340 .

徐英，谷雨，彭冬亮，等 . 基于DRGAN和支持向量机的合成孔径雷达图像目标识别［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 3 ）： 727 - 735 .

XU Y ， GU Y ， PENG D L ， et al . SAR ATR based on disentangled representation learning generative adversarial networks and support vector machine ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2020 ， 28 （ 3 ）： 727 - 735 . （in Chinese）

LEE J S . Speckle analysis and smoothing of synthetic aperture radar images ［J］. Computer Graphics Image Processing ， 1981 ， 17 （ 1 ）： 24 - 32 .

QUILFEN Y ， CHAPRON B ， BENTAMY A ， et al . Global ERS 1 and 2 and NSCAT observations： Upwind/crosswind and upwind/downwind measurements ［J］. Journal of Geophysical Research Oceans ， 1999 ， 104 （ C5 ）： 11459 .

THOMPSON D R ， ELFOUHAILY T M ， CHAPRON B . Polarization ratio for microwave backscattering from the ocean surface at low to moderate incidence angles ［C］. IEEE Geoscience and Remote Sensing Symposium Proceedings ， IGARSS 1998 ， 1998.

JAIN A ， SHEMDIN O . L band SAR ocean wave observations during MARSEN ［J］. Journal of Geophysical Research： Oceans ， 1983 ， 88 （ C14 ）： 9792 - 9808 .

赵志钦，王建国，王运锋，等 . 一种新的SAR图像的相干斑滤波方法［J］. 电子与信息学报， 2002 ， 24 （ 3 ）： 341 - 346 .

ZHAO Z Q ， WANG J G ， WANG Y F ， et al . A New Method for Speckle Filtering of SAR Images ［J］. Journal of Electronics and Information Technology ， 2002 ， 24 （ 3 ）： 341 - 346 . （in Chinese）

浏览量

1494

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于通道注意力增强网络的高效消色差超透镜逆向设计

地基空间目标望远镜全天时探测能力特性模型设计及实现

复杂关节物体六自由度位姿估计与实时系统

数字散斑干涉应力应变同步测量

基于灵敏度矩阵的高阶非球面自动干涉检测