一种基于C波段极化SAR影像的海面溢油探测方法技术

本发明专利技术公开一种基于C波段极化SAR影像的海面溢油探测方法，属于极化雷达遥感图像处理技术领域。针对传统方法中溢油散射特征与识别精度关系不明确、识别精度较低等问题，在SAR溢油探测中引入待检测区局部风速、海浪、极化等多源信息，将溢油区与疑似溢油区的极化特征与海洋物理特征相结合，在监督信息的基础上构建溢油检测规则，根据规则的构建结果对待检测区域进行综合判断，提高溢油检测精度，对保护海洋环境和生态资源具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于极化雷达遥感图像处理
，是一种基于C波段极化SAR(PolarimetricSyntheticApertureRadar，POLSAR)影像对海面溢油进行探测的新方法。
技术介绍
我国具有漫长的海岸线基带，领海面积庞大，而且经济发展迅速，海洋运输繁忙，但随之而来的海洋输油管道破裂、油船泄漏、碰撞与非法排污等突发性溢油事故频发，给沿海与近海生态环境、海洋资源与海洋经济造成了重大损害，严重影响了我国海洋可持续发展战略的实施。统计数字表明，1973至2010年，中国沿海共发生船舶溢油大小事故3000多起，平均每四天发生1起，船舶溢油总量达4万多吨。如2010年7月16日大连新港输油管线爆炸起火事故，至少已造成附近海域50平方公里的海面污染；2011年6月渤海湾油田发生漏油事故，对养殖、旅游、生态造成了重大影响，事故已经造成累计5500平方公里海面遭受污染。海洋溢油发生后，能否及时并且准确的检测到溢油对保护海洋环境和生态资源具有重要意义。卫星遥感具有快速获取大面积地球观察的能力，已经成为溢油检测技术中最有效和最重要的手段。相比光学卫星，由于海洋情况复杂，全天时、全天候的合成孔径雷达(SAR)卫星在应急响应与长时序动态观察方面具有更大的优势。目前，利用SAR卫星进行大范围溢油探测越来越受到重视，各国研究机构均开展了相关研究，并搭建了业务运行系统，如：挪威Kongsberg卫星中心开发的KSAT系统、加拿大Satlantic公司开发的OMW系统、法国BoostTechnologies公司开发的SARTool系统等。我国由于起步相对较晚，现有业务系统采用的溢油检测方法效率与精度都存在不足，难以在应急响应中为决策部门提供准确信息。相对于陆地石油泄漏，海洋溢油情况往往较为复杂。当石油溢入海洋之后，在海洋特有的环境条件下，有着复杂的物理、化学和生物变化过程，并通过这些变化，最终从海洋环境中消失。这些变化有扩散、漂移、蒸发、分散、乳化、光化学氧化分解、沉积以及生物降解等。因此海洋溢油在SAR卫星影像上的表现由多种因素综合决定，单纯依靠微波遥感手段往往不能获取较好的探测精度，结合局部海域风速、海浪，甚至光学传感器可以很好地提高溢油检测精度。
技术实现思路
本专利技术综合考虑溢油区的实际情况，针对传统方法中溢油散射特征与识别精度关系不明确、识别精度较低等问题进行研究。在SAR溢油探测中引入待检测区局部风速、海浪、极化等多源信息，将溢油区与疑似溢油区的极化特征与海洋物理特征相结合，构建高维度过完备特征描述集，在监督样本引导下进行线性拉普拉斯映射图降维，去除冗余信息、构建溢油检测规则，根据规则的构建结果对待检测区域进行综合判断，提高溢油检测精度。本专利技术采用如下技术方案：一种基于C波段极化SAR影像的海面溢油探测方法，包括以下步骤：步骤1：雷达影像预处理；步骤2：构建高维度极化特征集合；步骤3：构建线性拉普拉斯映射图降维器降维并进行k-mean分类；步骤4：海面风场数据辅助溢油检测；步骤5：精度评价。所述步骤1的雷达影像预处理过程；包括头文件解析、选取入射角度在23-55度之间的SAR影像进行海面溢有检测、多视降噪处理。所述步骤2构建高维度极化特征集合的具体过程如下：对全极化SAR影像进行极化分解，因为极化参数对海面溢油提取具有较好的辅助作用，对全极化SAR影像采用多种极化特征提取方法获取多个过完备极化特征，极化分解得到多维参数。所述步骤3构建线性拉普拉斯映射图降维器降维并进行k-mean分类，其具体过程如下：每类提取监督样本(每个样本多于30个像素)，利用人工监督信息对特征集进行降维，获取更具溢油判别能力的新特征，构建LDLE降维器进行降维，为了实现基于高维散射特征的信息提取，本专利技术首先引入LDLE进行降维，经过LDLE降维到5维，去除冗余信息，然后对降维后特征进行K-mean(K均值)分类，通过阈值(阈值的划分过程中提出采用极化熵的值来进行)获取海水-暗目标判别结果(暗目标中包含溢油、低风速区或其他海面目标等)。所述步骤4海面风场数据辅助溢油检测的具体过程如下：对C波段全极化SAR数据，利用CMOD5模式函数进行海面风速、风场反演，如果不是C波段数据则需要外源浮标与星载海面风场数据的辅助；最终根据风场数据去除可疑的低风速暗影区，精化溢油判别结果。所述步骤5的精度评价过程如下：以钩画的海面真实溢油数据GroundTruth为基准，结合步骤4中的分类结果，利用传统的混淆矩阵评价方法得到溢油检测结果进行精度评价。所述步骤3中特征集降维的LDLE方法具体实现方式如下：假设有维数N的M样本X＝{x1,x2,…,xM本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于C波段极化SAR影像的海面溢油探测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：雷达影像预处理；步骤2：构建高维度极化特征集合；步骤3：构建线性拉普拉斯映射图降维器降维并进行k‑mean分类；步骤4：海面风场数据辅助溢油检测；步骤5：精度评价。

【技术特征摘要】
1.一种基于C波段极化SAR影像的海面溢油探测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：雷达影像预处理；步骤2：构建高维度极化特征集合；步骤3：构建线性拉普拉斯映射图降维器降维并进行k-mean分类；步骤4：海面风场数据辅助溢油检测；步骤5：精度评价。2.根据权利要求1所述的一种基于C波段极化SAR影像的海面溢油探测方法，其特征在于：所述步骤1的雷达影像预处理过程；包括头文件解析、选取入射角度在23-55度之间的SAR影像进行海面溢有检测、多视降噪处理。3.根据权利要求2所述的一种基于C波段极化SAR影像的海面溢油探测方法，其特征在于：所述步骤2构建高维度极化特征集合的具体过程如下：对全极化SAR影像进行极化分解，对全极化SAR影像采用多种极化特征提取方法获取多个过完备极化特征，极化分解得到多维参数。4.根据权利要求3所述的一种基于C波段极化SAR影像的海面溢油探测方法，其特征在于：所述步骤3构建线性拉普拉斯映射图降维器降维并进行k-mean分类，其具体过程如下：人工勾选海面类别，从从勾取的每类中提取监督样本，利用人...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨雨鑫，杨杰，孙倩，史磊，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42