一种简缩极化SAR的海洋溢油检测方法和系统技术方案

本发明专利技术公开一种简缩极化SAR的海洋溢油检测方法和系统，包括以下步骤：首先提取简缩极化SAR协方差矩阵；其次对简缩极化协方差矩阵进行简缩极化精致Lee滤波；接着对简缩极化精致Lee滤波之后的简缩极化协方差矩阵进行简缩极化H/α分解得到简缩极化熵(H)与简缩极化各向异性度(A)，并且进行H(1‑A)组合计算，得到简缩极化熵与各向异性度联合分布图(HA)；最后通过基于高斯模型的最小误差阈值法对联合图进行自动分割检测，消除疑似溢油区域暗斑，得到溢油区域结果。该方法适用于简缩极化SAR海洋溢油检测，能够过滤疑似溢油的暗斑区域，快速地检测出海洋溢油区域。

A detection method and system of marine oil spill based on reduced polarimetric SAR

【技术实现步骤摘要】
一种简缩极化SAR的海洋溢油检测方法和系统
本专利技术属于海洋遥感
，具体涉及一种简缩极化SAR的海洋溢油检测方法和系统。
技术介绍
海洋溢油会对海洋生态环境造成严重的威胁，是海洋污染主要的来源之一。海底油田的天然泄露，海底油田开采过程中的外漏，以及油轮泄露、碰撞事故频发，都造成了严重的海洋溢油污染。2010年4月20日在墨西哥湾发生了一起海底油田开采过程中的油田泄露事故，该事故造成了大面积的原油泄漏，对生态的影响破坏持续至今。2018年1月6号，中国货船与巴拿马籍油轮“吉桑”号发生碰撞，导致“吉桑”号起火，在海面上形成了至少十公里的油污带。此外由于海底油气藏经常会发生烃类泄漏，这样会在海洋表面形成油膜。对这些由海底油气藏渗漏产生的油膜的检测和追踪，能够帮助确定海底油气藏的具体位置。因此及时准确地进行海洋溢油的检测，不仅对海洋生态环境的保护具有重要的意义，而且能够对远景海底油田进行预测与范围确定。海洋面积约占地球面积的71％，我国海洋面积约300万平方公里，此外海洋中很多地方人类难以到达。遥感卫星由于其成像面积广、远距离探测等优点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种简缩极化SAR的海洋溢油检测方法，其特征在于，包含以下步骤：/nS101，提取简缩极化SAR协方差矩阵；/nS102，对上述步骤获取的简缩极化协方差矩阵，进行简缩极化精致Lee滤波；/nS103，对上述进行简缩极化精致Lee滤波之后的简缩极化协方差矩阵进行简缩极化H/α分解，得到简缩极化熵H、简缩极化各向异性度A；/nS104，对上述步骤得到的简缩极化熵、简缩极化各项异性度进行组合计算，得到简缩极化熵与简缩极化各向异性度联合图；/nS105，利用基于高斯分布的最小误差阈值分割法对简缩极化熵与简缩极化各向异性度联合图进行自动阈值计算与分割，得到最终的溢油检测结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种简缩极化SAR的海洋溢油检测方法，其特征在于，包含以下步骤：
S101，提取简缩极化SAR协方差矩阵；
S102，对上述步骤获取的简缩极化协方差矩阵，进行简缩极化精致Lee滤波；
S103，对上述进行简缩极化精致Lee滤波之后的简缩极化协方差矩阵进行简缩极化H/α分解，得到简缩极化熵H、简缩极化各向异性度A；
S104，对上述步骤得到的简缩极化熵、简缩极化各项异性度进行组合计算，得到简缩极化熵与简缩极化各向异性度联合图；
S105，利用基于高斯分布的最小误差阈值分割法对简缩极化熵与简缩极化各向异性度联合图进行自动阈值计算与分割，得到最终的溢油检测结果。


2.如权利要求1所述的一种简缩极化SAR的海洋溢油检测方法，其特征在于：步骤S101通过两种方式实施，一是从简缩极化原始数据中提取简缩极化协方差，二是通过对原始的全极化SAR数据进行模拟仿真，得到简缩极化协方差数据，最终提取简缩极化SAR协方差矩阵。


3.如权利要求2所述的一种简缩极化SAR的海洋溢油检测方法，其特征在于：通过对原始的全极化SAR数据进行模拟仿真，得到简缩极化协方差数据，最终提取简缩极化SAR协方差矩阵的具体实现方式如下，
步骤a，获取极化散射矩阵S；



式中，Sij为复散射系数，其中i极化表示发射的电磁波，j极化表示接收的电磁波，极化散射矩阵S是一个复2*2的矩阵，它包含了散射体的散射信息，其中SHH和SVV成为共极化项，SHV和SVH称为交叉极化项；
步骤b，从极化散射矩阵提取全极化协方差矩阵；
地物散射的极化信息通过极化散射矩阵S进行描述，极化散射矩阵用四维Pauli特征矢量k进行表示：
k＝[SHHSHVSVHSVV]T
在上式中，T表示转置，在散射矢量中，ki分别表示不同的极化通道的后向散射的值；
在单站后向散射机制下，极化散射矩阵矩阵满足互易定理，即SHV＝SVH，因此四维极化的目标矢量可以减少到三维，收发天线互换时，测量值不变，而相应的两类特殊正交几何的定义如下所示：
复Pauli旋转矩阵基集合{ψP}



由此得三维Pauli特征矢量k：
k＝[SHH+SVVSHH-SVV2SvH]T
在上式中，不同元素分别表示：SHH为表面散射、SVV为二面角散射、SVH45°为倾角的二面角散射；
Lexicographic矩阵基集合{ψL}



由此得三维Lexicographic特征矢量Ω表示如下所示：



上式中，SHV项引入因子保证散射矩阵的总功率守恒；
因此k与Ω之间存在变换关系：
k＝U3(L→P)Ω，
式中，U3(L→P)是由Lexicographic特征矢量到Pauli特征矢量的特殊酉变换；
至此，从极化散射矩阵S中获取目标矢量Ω，从而使用目标矢量与自身共轭转置矢量的外积来求全极化协方差矩阵C：
C＝<Ω·Ω*T>
上式中<·>表示时间或空间集合平均，并且假设随机媒质是各向同性的，因此协方差矩阵C用下式所示：



上式中*表示矩阵的共轭，Cij分别为协方差矩阵C的各个元素；
步骤c，简缩极化HP模式模拟仿真；
当HP简缩极化SAR系统发射右圆极化波时，其后向回波矢量用极化散射矩阵表示为：



式中，S为散射矩阵，J为Jones矢量；
简缩极化SAR水平回波信号与垂直回波信号用极化散射矩阵表示为：






在HP工作模式下，简缩极化SAR后向散射的散射矢量用极化散射矩阵表示为：



因此在HP模式下，简缩极化SAR协方差矩阵表示为：



其中Re表示实部，i为虚数单位；
全极化协方差矩阵用极化散射矩阵表达：



利用全极化协方差矩阵对HP模式进行仿真：



得到步骤S101中所描述的简缩极化协方差矩阵。


4.如权利要求1所述的一种简缩极化SAR的海洋溢油检测方法，其特征在于：步骤S103的具体实现方式如下，
所述简缩极化H/α分解为：



其中λ1、λ2为简缩极化的特征值，U2为特征矢量，
简缩极化熵被定义为：



简缩极化各向异性度被定义为：
A＝p1-p2
其中简缩极化熵表示地物散射现象统计的混乱程度。


5.如权利要求1所述的一种简缩极化SAR的海洋溢油检测方法，其特征在于：步骤S104中得到的简缩极化熵与简缩极化各向异性度联合图如下，
HA＝H(1-A)
该联合特征图能够表征随机散射过程，即高简缩极化熵，低简缩极化各向异性度。


6.如权利要求1所述的一种简缩极化SAR的海洋溢油检测方法，其特征在于：步骤S105的具体实现方式如下，
基于高斯分布的最小误差阈值分割法是假设溢油目标与背景各自分布p(x|i)均服从的正态分布：



在上式中i＝0，1，然后基于最小分类思想，得到以下最小误差目标函数：



而后的最佳阈值通过下式获得：

【专利技术属性】
技术研发人员：张致齐，谢广奇，王密，朱映，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42