一種基于全極化合成孔徑雷達數(shù)據(jù)的聚類方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明適用于合成孔徑雷達遙感信息處理【技術領域】，提供了一種基于全極化合成孔徑雷達數(shù)據(jù)的聚類方法，包括：獲取原始單視全極化POLSAR數(shù)據(jù)；對所述原始單視全極化POLSAR數(shù)據(jù)進行多視處理，構造描述地物目標的極化相干矩陣；判斷所述地物目標是以分布式散射占優(yōu)還是點目標散射占優(yōu)；對以分布式散射占優(yōu)的地物目標進行非監(jiān)督分類；對以點目標散射占優(yōu)的地物目標進行非監(jiān)督分類。本發(fā)明避免了直接應用Freeman分解、Cloude分解進行目標分類所產(chǎn)生的錯誤，分類結果對地物實際狀況的描述更加準確。
【專利說明】一種基于全極化合成孔徑雷達數(shù)據(jù)的聚類方法及系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于合成孔徑雷達遙感信息處理【技術領域】，尤其涉及一種基于全極化合成孔徑雷達數(shù)據(jù)的聚類方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著雷達技術的發(fā)展，極化SAR已成為SAR的發(fā)展趨勢，極化SAR能夠得到更豐富的目標信息，在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、軍事、地質(zhì)學、水文學和海洋等方面具有廣泛的研究和應用價值，如地物種類的識別、農(nóng)作物成長監(jiān)視、產(chǎn)量評估、地物分類、海冰監(jiān)測、地面沉降監(jiān)測，目標檢測和海洋污染檢測等。極化圖像分類的目的是利用機載或星載極化傳感器獲得的極化測量數(shù)據(jù)，確定每個像素所屬的類別。經(jīng)典的極化SAR分類方法包括:
[0003]基于相干矩陣的特征矢量分析，Cloude于1986年提出了能夠包含所有散射機理的分解定理，這種方法的優(yōu)點在于:在不同極化基下能夠保持特征值不變。3X3相干矩陣是半正定的Hermitian矩陣,根據(jù)半正定Hermitian矩陣的性質(zhì),相干矩陣可以表示為三個獨立目標的相干和，每個目標的等價散射矩陣都表示確定性的散射機制。Cloude的初步工作主要是通過提取相干矩陣的最大特征值來分辨目標的主要散射機制，根據(jù)最大特征值對應的特征向量，將地物目標按散射機制分為三類:表面散射、二面角散射、體散射。
[0004]1998年，F(xiàn)reeman和Durden在van Zyl的工作基礎上，為極化協(xié)方差(或相干)矩陣建立三種散射機制的模型:體散射，冠層散射體的模型是一組方向隨機的偶極子集合；二次散射，其模型是二面角反射器；表面或單次散射，其模型是一階布拉格表面散射體。
[0005]Freeman和Durden將自然分布地物表示為三類散射模型的相干和，這種分解方法是基于雷達散射的物理特征，而不僅僅是數(shù)學公式的推導，實驗結果表明分解方法對于分類遭受洪災與未遭受洪災森林、森林與非森林區(qū)域非常有效。
[0006]然而,這兩類主要方法都存在明顯的不足,如對Freeman與Durden方法,該散射模型的一個基本假設是反射對稱性。這種假設限制該算法的應用在水平平坦地表。與Cloude基于特征向量的分解不同，它不是旋轉不變的。特別對于人造目標會出錯誤解譯。例如，傾斜45°的兩面角散射會被解譯成體散射。對于地形起伏較大的地區(qū)，表面散射也可能被誤認為體散射。而對于Cloude方法，由于其分類所依據(jù)的H-a平面邊界劃分具有一定的任意性，使得其分類結果差強人意。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種對極化SAR數(shù)據(jù)的劃分更加嚴謹，對地物散射機理的反演更加準確的基于全極化合成孔徑雷達數(shù)據(jù)的聚類方法及系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于全極化合成孔徑雷達數(shù)據(jù)的聚類方法，所述方法包括以下步驟:
[0009]獲取原始單視全極化POLSAR數(shù)據(jù)；
[0010]對所述原始單視全極化POLSAR數(shù)據(jù)進行多視處理，構造描述地物目標的極化相干矩陣；
[0011]判斷所述地物目標是以分布式散射占優(yōu)還是點目標散射占優(yōu)；
[0012]對以分布式散射占優(yōu)的地物目標進行非監(jiān)督分類；
[0013]對以點目標散射占優(yōu)的地物目標進行非監(jiān)督分類。
[0014]本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于全極化合成孔徑雷達數(shù)據(jù)的聚類系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0015]數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取原始單視全極化POLSAR數(shù)據(jù)；
[0016]多視處理模塊，用于對所述原始單視全極化POLSAR數(shù)據(jù)進行多視處理，構造描述地物目標的極化相干矩陣；
[0017]判斷模塊，用于判斷所述地物目標是以分布式散射占優(yōu)還是點目標散射占優(yōu)；
[0018]第一非監(jiān)督分類模塊，用于對以分布式散射占優(yōu)的地物目標進行非監(jiān)督分類；
[0019]第二非監(jiān)督分類模塊，用于對以點目標散射占優(yōu)的地物目標進行非監(jiān)督分類。
[0020]在本發(fā)明中，本發(fā)明所提出的基于極化合成孔徑雷達數(shù)據(jù)的地物非監(jiān)督分類方法，將地物目標按照判別準則首先歸類為點目標散射占優(yōu)或分布目標散射占優(yōu)兩類目標，然后對不同屬性的目標，分別應用不同的進一步歸類方法。該方法避免了直接應用Freeman分解、Cloude分解進行目標分類所產(chǎn)生的錯誤，分類結果對地物實際狀況的描述更加準確。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明實施例提供的基于全極化合成孔徑雷達數(shù)據(jù)的聚類方法的實現(xiàn)流程不意圖。
[0022]圖2是本發(fā)明實施例提供的分布式目標二維參數(shù)(H、alpha)分類平面的示意圖。
[0023]圖3是本發(fā)明實施例提供的基于全極化合成孔徑雷達數(shù)據(jù)的聚類系統(tǒng)的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0025]請參閱圖1，為本發(fā)明實施例提供的基于全極化合成孔徑雷達數(shù)據(jù)的聚類方法的實現(xiàn)流程，其包括以下步驟:
[0026]在步驟SlOl中，獲取原始單視全極化POLSAR數(shù)據(jù)；
[0027]在步驟S102中，對所述原始單視全極化POLSAR數(shù)據(jù)進行多視處理，構造描述地物目標的極化相干矩陣；
[0028]在本發(fā)明實施例中，以極化相干矩陣T表示POLSAR數(shù)據(jù)。
[0029]在本發(fā)明實施例中，所述的多視處理是對原始單視全極化POLSAR數(shù)據(jù)的n*n窗口平均，并將地物目標以極化相干矩陣形式表示:
【權利要求】
1.一種基于全極化合成孔徑雷達數(shù)據(jù)的聚類方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 獲取原始單視全極化POLSAR數(shù)據(jù)； 對所述原始單視全極化POLSAR數(shù)據(jù)進行多視處理，構造描述地物目標的極化相干矩陣； 判斷所述地物目標是以分布式散射占優(yōu)還是點目標散射占優(yōu)； 對以分布式散射占優(yōu)的地物目標進行非監(jiān)督分類； 對以點目標散射占優(yōu)的地物目標進行非監(jiān)督分類。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述對所述原始單視全極化POLSAR數(shù)據(jù)進行多視處理，構造描述地物目標的極化相干矩陣的步驟，具體為: 對原始單視全極化POLSAR數(shù)據(jù)進行n*n窗口平均，并將地物目標以極化相干矩陣形式表不:
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述判斷所述地物目標是以分布式散射占優(yōu)還是點目標散射占優(yōu)的步驟，具體為: 所述判斷所述地物目標是以分布式散射占優(yōu)還是點目標散射占優(yōu)的標準依據(jù)極化相干矩陣中的元素: |
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述對以分布式散射占優(yōu)的地物目標進行非監(jiān)督分類的步驟，具體為: 對以分布式散射占優(yōu)的地物目標，提取其最大的分布式散射分量TN。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述對以點目標散射占優(yōu)的地物目標進行非監(jiān)督分類的步驟，具體為: 對以點目標散射占優(yōu)的地物目標，提取其最大的點目標散射分量T0:
6.一種基于全極化合成孔徑雷達數(shù)據(jù)的聚類系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取原始單視全極化POLSAR數(shù)據(jù)； 多視處理模塊，用于對所述原始單視全極化POLSAR數(shù)據(jù)進行多視處理，構造描述地物目標的極化相干矩陣； 判斷模塊，用于判斷所述地物目標是以分布式散射占優(yōu)還是點目標散射占優(yōu)； 第一非監(jiān)督分類模塊，用于對以分布式散射占優(yōu)的地物目標進行非監(jiān)督分類； 第二非監(jiān)督分類模塊，用于對以點目標散射占優(yōu)的地物目標進行非監(jiān)督分類。
7.如權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于， 多視處理模塊，具體用于對原始單視全極化POLSAR數(shù)據(jù)進行n*n窗口平均。
8.如權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于， 判斷模塊，具體用于依據(jù)極化相干矩陣中的元素來判斷所述地物目標是以分布式散射占優(yōu)還是點目標散射占優(yōu)。
9.如權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于， 第一非監(jiān)督分類模塊，具體用于對以分布式散射占優(yōu)的地物目標，提取其最大的分布式散射分量Tn。
10.如權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于， 第二非監(jiān)督分類模塊，具體用于對以點目標散射占優(yōu)的地物目標，提取其最大的點目標散射分量Ttl。`
【文檔編號】G06F19/00GK103699784SQ201310687162
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權日:2013年12月12日
【發(fā)明者】李洪忠, 陳勁松, 梁守真, 張瑾 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院