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数字筛分析与SAR图像中的舰船探测: YongDuSci 2017-8-29 02:59; 数字筛分析与SAR图像中的舰船探测（ Ship Detection in SARImagery with Digital Sieve Analysis ） 1. 引言微波遥感是卫星探测技术的一个重要领域。微波的全天候观测性质，使所有经过的覆盖区域都会得到有效及时的图像。合成孔径雷达（ SyntheticAperture Radar， SAR ）使主动式微波遥感的分辨率得到大大提高，并在陆地和海洋的各个监测领域得到广泛应用，包括目标检测，目标定位和目标识别等。近年来，由于世界各国都强调海洋权益的保护，以及海岸线的安全，利用 SAR 图像进行海洋目标的检测，监视和识别的研究开发受到高度重视。因此， SAR 图像成为海洋遥感应用中最重要的数据源之一。由于成像原理不同， SAR图像与遥感光学图像的性质有着明显的差异。虽然可以全天候监测，但 SAR 图像的弱点是噪声大，不如光学图像那么清晰直观，边缘检测也比较困难。SAR图像的另外一些优势是，单幅的 SAR图像不仅可以提取目标的几何特征，还包含着目标的三维高程信息和运动速度信息。要有效地提取这些信息不仅需要相关的电磁理论知识，更需要全面系统的现代数学知识。 SAR图像应用研究一般集中在预处理，目标探测和识别等方面。我们这里将主要讨论对SAR图像中海上目标的探测，特别是舰船探测的最新方法。 2. SAR图像中的舰船探测 SAR图像中舰船探测的主要问题与当时的海况密切相关。如果海面风平浪静，SAR图像中的舰船目标很容易被发现，基本不需要复杂的算法。而恶劣的气象条件和复杂的海况的情况下，往往是最需要通过SAR图像探测舰船的时候，包括发现敌方舰队，海上搜救，以及保证船只的正常航行。因此利用SAR图像探测舰船的根本问题，是如何将海上的目标从强噪音的背景中分离出来，并予以识别。传统的 SAR图像舰船探测技术有很多种，但是各种实际应用系统中最为普遍的是统计方法。将整个SAR图像的数据看成一个随机场，通过不同的分布假设，基于SAR图像中的统计性质对目标进行探测。这些方法包括，CFAR，K-Distribution，以及SUMO等等。在实际应用中，它们都是行之有效的, 但也存在很多需要改进的问题。其中实时资料的处理速度是最主要的疼点。 3. 数字筛分析所谓筛，简单地说是一种网状器具。筛可以将小于网格尺寸的颗粒漏下去，大于网格尺寸的颗粒留下来。从而达到将特定尺寸的颗粒，从集合中分离出来的目的。筛可以是多重的，一般说，筛的层数越多，分离出来颗粒的纯度越高。实际应用中，还可以通过颗粒的比重，或其它物理甚至化学性质来对具体的颗粒进行筛选，例如淘金，洗煤或漂白粉净化水等。数字筛是通过对集合中各个元素的数字化关系，对特定的目标进行筛选的一种工具或者分析方法。数字化关系是很广泛的，包括各元素之间简单的数值关系，也包括各元素的一切可以通过数字化描述的性质。二维数字化图像是一个像素的集合，其中的每个像素都有其本身的数值，同时又与其它像素之间构成复杂的空间关系。空间关系包括远近位置，不同方位角度以及数值相似度，等等。如果仅仅考虑各个像素的数值关系，数字图像就只是一个数字集合。通过数理统计方法，将 SAR图像假定满足各种不同的统计分布，例如，K-分布， A- 分布等等，从而可以将有特殊统计性质的像素，分辨出来。传统的舰船探测实际就是将SAR图像看作成一个数字集合，并没有考虑各个像素点的空间关系。 4. 传统的舰船探测方法传统合成孔径雷达图像中的舰船探测，为了减少空间统计的误差，会把整个海域进行分割（图 2，a)，分得越细探测结果越准确，但是计算速度就越慢。很难满足Near Real-time 探测的需要。图 1，SAR图像中区域的选择图 2， a) NOAA 网格方法 b) KSKY 分类方法图 3 计算结果与分析为了提高计算速度，我们提出了海面状况分类方法（图2 b）。将150个方格区域通过分类形成了相对均匀的11个分类区，大大提高了计算速度和探测准确度。可以看出，各个分类的区域中海况的分布是比较均匀的，特别是高海况的白色区域有了较好的分类。需要注意，我们的分类算法还没有突破传统的空间统计原理。 5. 应用数字筛分析在 SAR图像中的舰船探测 2016年6月我们接到德国海军的咨询，需要我们提供一个快速的SAR图像舰船探测的方法。他们主要注重计算速度，一定要在15分钟之内完成计算，提供结果。当然越快越好。我们首次采用数字筛分析方法，对德国方面提供的TerraSAR-X图像进行了实验。结果5000×8000的图像只用了不到20秒就在笔记本电脑上完成（图4）。数字筛分析实际上是对整个区域的像素进行筛选，考虑到数值强度，也考虑的点与店之间的关系和变化。不仅速度快，而且精度大大提高！这是 SAR图像中目标探测的一项突破性的进展。图 4，应用数字筛分析在SAR图像中的舰船探测; 个人分类: 科研试验|4195 次阅读|0 个评论

[转载]【遥感专题系列】微波遥感（一、基础入门）: haojm198 2017-6-28 14:34; 学习小结：雷达遥感是微波遥感的另一种叫法，英文Radar是 RA dio D etection A nd R anging的简写，是（主动或被动）发射微波信号到场景，接收场景回传的部分信号，观测返回信号的强度（监测）和延时（测距）。合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR），一个小孔天线沿着一条直线运动，从不同角度观测同一地物的回波的侧视雷达。波段： K 1.2cm X 3cm C 5cm S 10cm L 23cm P 65cm 微波遥感是一个非常专业的领域，涉及的知识面非常广，包括的众多的概念、理论、方程、公式等。实际上，如果我们专注于微波遥感的应用，只理解几个基本的名词和原理即可。本文就选择了几个常用的，也是很基础的几个名词，开始微波遥感方面的学习。本文主要包括：基本原理和定义常见名词微波遥感工作波段 1.基本原理和定义基本原理：微波与目标的相互作用，可以测量目标的后向散射特性、多普勒效应、偏振特性等，还可以反演目标的物理特性(介电常数、湿度等)，及几何特性(目标大小、形状、结构、粗糙度等)多种有用信息。这个类似于光学遥感中的波谱特征。下面我们了解一下三个名词：微波遥感、主动式遥感和雷达遥感微波遥感是遥感器工作波段选择在微波波段范围（1～1 000mm）的遥感，常用的是8～300mm。微波遥感对云层、地表植被、松散沙层和冰雪具有一定的穿透能力，可以全天侯、全天时工作。微波遥感的工作方式分主动式（有源）微波遥感和被动式（无源）微波遥感。前者由传感器发射微波波束再接收由地面物体反射或散射回来的回波，如侧视雷达；后者接收地面物体自身辐射的微波，如微波辐射计、微波散射计等。雷达遥感是微波遥感的另外一种常见叫法，实际上我们可以理解为微波遥感的狭义概念，比较口语化。综上所述，微波遥感是学科性质的广义概念，主动式遥感是微波遥感中的一部分，雷达遥感是微波遥感常用的替代词。图1微波遥感分类 2.入门名词除此之外，我们还需要理解以下几个名词。 2.1雷达（Radar） Radar是 RA dio D etection A nd R anging的简写，一个Radar系统主要包括三个功能：发射微波信号到场景接收从场景中传回的部分后向散射能量观测返回的强度（检测）和延时（测距）信号 Radar使用本身的能量源，因此可以进行全天候观测，并且可以透过云层覆盖。这种遥感系统就是主动式遥感系统。早期的雷达系统是真实孔径雷达（Real Aperture Radar—RAR），由于成像分辨率与雷达天线的长度成正比，要想得到较高分辨率的图像，需要增加天线的物理尺寸，限制其发展和应用。后来逐渐被合成孔径雷达取代。图2 雷达系统工作方式 2.2侧视雷达（SLR）如果雷达信号垂直照射地面，总会有两个点具有相同的距离，运行轨迹的每一边各有一个，于是图像自身就会有折叠，轨迹的右边的点和相应左边的点就会混在一起。采用侧视工作方式的侧视雷达（side-looking radar）就能有效的解决这个问题，侧视雷达是由传感器向与飞行方向垂直的侧面发射波束，并接受在侧面上地物的反射波。 2.3合成孔径雷达（SAR） SAR是Synthetic Aperture Radar的简写，中文名称为：合成孔径雷达。用一个小天线作为单个辐射单元，将此单元沿一直线不断移动，在不同位置上接收同一地物的回波信号并进行相关解调压缩处理的侧视雷达。可以获取高分辨率的地球表面图像，是目前广泛使用的雷达系统。同时它属于成像雷达、以及侧视雷达。 3.微波遥感工作波段微波遥感使用的微波部分的电磁频谱，频率从 0.3GHz 至 300 GHz 的，在波长方面，从 1 米到 1 毫米。我们也常看到大多数情况不是用波长大小来描述，而是用字母符号代替。常用的波长如下： P-band = ~ 65 cm L-band = ~ 23 cm S-band = ~ 10 cm C-band = ~ 5 cm X-band = ~ 3 cm K-band = ~ 1.2 cm 波长越长穿透能力就越强，如波长大于 2cm 的雷达系统不会受到云的影响。如下为几个雷达频率的应用：冰雪识别，小型特征，使用 X-band 地质制图，大型特征，使用 L-band 叶面渗透，最好使用低频率，如 P-band 一般情况， C-band 是折中波段图 3 微波遥感的波段范围 4.总结微波遥感是一个非常专业的领域，涉及的知识面很广，包括电子科学、航空、计算机等。实际上，如果我们只专注于微波遥感的应用，就可以抛弃一些复杂的原理和众多的概念，甚至很多方程和公式，首先理解几个基本的名词和原理即可。; 个人分类: InSAR|2553 次阅读|0 个评论

中国终于有第一颗民用合成孔径雷达卫星了: 热度 1 cgh 2012-12-10 15:12; 在前面的博文中提到中国那时候还没有自己的合成孔径雷达卫星。环境一号C星也是推迟了很长时间，2012年11月19日才发射升空，日前才获得数据。－－－－－－－－－ http://www.chinanews.com/mil/2012/11-19/4338371.shtml http://www.chinanews.com/gn/2012/12-10/4395560.shtml 中新网北京12月10日电 (记者孙自法)中国国家国防科技工业局10日向媒体发布消息说， “环境一号”C星有效载荷9日首次开机成像，成功获取首幅合成孔径雷达(SAR)影像图，影像图图像清晰、层次分明、信息丰富。至此，“环境一号”C星实现星地链路连通，星地系统工作正常。　　据介绍，北京时间12月9日18时19分，“环境一号”C星下传第一轨数据。中国科学院对地观测与数字地球科学中心密云接收站准时捕获并成功接收全部数据，中国资源卫星应用中心成功完成标准产品生产，形成了第一幅影像图——郑州地区SAR图像。　　 “环境一号”C星是中国首颗民用合成孔径雷达卫星，具备空间分辨率5米条带和20米扫描两种成像模式，幅宽分别为40千米和100千米；具有全天时、全天候的成像能力，可以不受天气影响，在多云、阴雨、大雾等任何恶劣天气条件下，准确获取地表真实的图像。相比光学成像卫星，“环境一号”C星对地观测效率大幅提高，将大大提升中国对地观测卫星的总体观测能力。　　同时，“环境一号”C星配置的 S波段合成孔径雷达，可获取地物S波段影像信息，有效补充国际合成孔径雷达卫星数据的不足，将与其他国家在轨运行的雷达卫星一起，形成更加丰富的观测谱段，使国际对地观测体系更加完善，地物信息识别能力更强。　　中国国防科工局表示，“环境一号”C星还将继续进行在轨调试运行。其投入使用后，将与之前成功发射的“环境一号”A、B星组成中国环境与灾害监测预报小卫星星座，形成具备中高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率和宽覆盖的对地观测遥感系统，以迅速、准确获取中国大部分地区自然灾害、生态和环境污染发生、发展与演变过程的相关信息，大幅提升中国环境与灾害的及时、动态监测预报能力，为中国环境保护和防灾减灾事业发展提供强有力保障。(完); 个人分类: RS|8805 次阅读|1 个评论

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