述港區(qū)水域的像素。
[0051] S302:依據(jù)預(yù)設(shè)的閾值判斷出的疑似港區(qū)水域的二值圖進(jìn)行平滑處理，由面積大 小和連通域處理確定大面積的大型港區(qū)水域。
[0052] S4:對(duì)所述大型港區(qū)水域使用Touzi邊緣檢測(cè)子進(jìn)行邊緣檢測(cè)確定岸線邊緣，從而 檢測(cè)出大型港口輪廓。
[0053]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟S4進(jìn)一步包括:對(duì)由大型港區(qū)水域劃定的感 興趣區(qū)域體散射功率使用Touzi邊緣檢測(cè)子進(jìn)行邊緣檢測(cè)確定岸線邊緣，從而檢測(cè)出大型 港口輪廓。
[0054]為了是本領(lǐng)域技術(shù)人員更清楚的理解本發(fā)明，將通過下述實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明： [0055]第一步:港區(qū)水域散射特性分析
[0056]對(duì)于低海況海面，其散射成分主要呈現(xiàn)為布拉格(Bragg)表面散射。對(duì)于沿岸小型 建筑或船只附近的海面，建筑或船只與海面構(gòu)成的二面角反射使得相應(yīng)海面具有一定的二 次散射成分。對(duì)于大型港區(qū)海面，港區(qū)金屬建筑等強(qiáng)散射體的二次反射干擾使得周圍海面 二次散射成分較強(qiáng)，強(qiáng)度較其他海面區(qū)域高出一個(gè)量級(jí)。如圖4為平靜海面，受一般干擾海 面和受強(qiáng)散射干擾海面的Pauli基偽彩圖。
[0057]通過Freeman三成分分解得到不同海面區(qū)域的二次散射成分，若目標(biāo)像素的相干 矩陣為T，F(xiàn)reeman三成分分解將多視極化SAR觀測(cè)到的目標(biāo)相干矩陣T分解為平面散射、二 次散射、和體散射三種散射成分，如下：
[0058] T = PsTsurface+PdTdouble+PvTvolume , (1)
[0059] 其中Ps，Pd，Pv分別代表平面散射，二次散射及體散射的功率。
[0060] 第二步:水域提取模型
[0061] 平靜海面和受二次散射干擾的海面，其體散射較沿岸植被、建筑和裸地區(qū)域具有 一定差異。根據(jù)Freeman分解求解可知，體散射功率為Pv=4〈 I Shv 12>，服從Gamma分布，
[0063]其中u為二次散射功率平均值，L為等效視數(shù)，G( ·)為Gamma函數(shù)。
[0064] 如圖5為樣本直方圖統(tǒng)計(jì)擬合確定的平靜海面、受一般干擾海面、大型港區(qū)海面和 沿岸植被區(qū)域體散射功率分布。
[0065] 若Χ= {χι，Χ2，···，Xn}為服從gamma分布的各類海面及陸地植被區(qū)域體散射功率樣 本，則根據(jù)式(3)和式(4)可以得出參數(shù)P和L的估計(jì)式為：
[0068]根據(jù)港區(qū)和非港區(qū)水域散射特性分析可知，沿岸海面相對(duì)陸地區(qū)域體散射功率差 異明顯，由此可建立區(qū)分水域與陸地區(qū)域的二元假設(shè)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?。根?jù)海面體散射功率分布， 在設(shè)定的虛警概率下，可得到區(qū)分海面和陸地的檢測(cè)門限。
[0069]第三步:大型港區(qū)水域提取模型
[0070]對(duì)于平靜海面，其散射成分主要為表面散射，二次散射和體散射功率接近于零;對(duì) 于受二次散射干擾水域，其散射成分主要為表面散射和二次散射，體散射功率接近于零，而 二次散射干擾成分功率大于表面散射功率。因此對(duì)于受干擾水域，其散射功率主要為二次 散射功率，其二次散射功率概率分布近似為Gamma分布如式(2)。
[0071 ]同樣根據(jù)式⑶和式⑷可以得出參數(shù)P和L的估計(jì)，如圖6為RADARSAT-2極化SAR數(shù) 據(jù)大量樣本直方圖統(tǒng)計(jì)擬合確定的平靜海面、受一般干擾的海面和大型港區(qū)海面的二次散 射功率分布。
[0072]對(duì)于根據(jù)體散射功率分布確定的海面區(qū)域，由平靜海面、受一般干擾的水域和大 型港區(qū)干擾水域二次散射功率分布建立假設(shè)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ停蓞^(qū)分出大型港區(qū)水域。若像素的 二次散射功率為Pd，則假設(shè)：
[0074] 在設(shè)定的虛警概率下，同樣可得到區(qū)分大型港區(qū)水域和其它水域的檢測(cè)門限。
[0075] 通過體散射功率和二次散射功率的假設(shè)檢驗(yàn)提取出的水域像素常常不連通并包 含一些小的虛警區(qū)域。為提取出連通的大型港口水域并將面積較小的虛警區(qū)域剔除，我們 對(duì)閾值判斷出的二值圖以窗口 WrXWr進(jìn)行平滑處理，對(duì)平滑后的像素值N進(jìn)行閾值判斷，若N >eW r2則判為港區(qū)水域像素。對(duì)平滑閾值判斷出的港區(qū)水域二值圖進(jìn)行連通域處理，在設(shè)定 的面積閾值η下可判斷出大面積的大型港區(qū)水域。
[0076] 第四步、港口邊界確定
[0077] 由提取出的大型港區(qū)水域確定最大外界矩形區(qū)域，為確定出大型港口邊界，對(duì)矩 形區(qū)域進(jìn)行邊緣檢測(cè)。同樣為避免區(qū)域內(nèi)由于水域二次散射干擾導(dǎo)致的虛假邊緣，判斷檢 測(cè)窗內(nèi)兩相鄰區(qū)域體散射功率的比值。若檢測(cè)窗相鄰區(qū)域的體散射功率分別為Pi，P 2,則邊 緣假設(shè)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑?br>[0079] PiPs服從Gamma分布，使用Touzi比值檢測(cè)子檢驗(yàn)邊緣。若&苧為以像素為中心窗 口對(duì)稱分割的相鄰區(qū)域平均體散射功率，則檢測(cè)子形式為：
[0081]在四個(gè)不同方向窗口下（中軸線和對(duì)稱線)計(jì)算邊緣檢測(cè)子能量= 的最大值為最終檢測(cè)的邊緣能量Rmax，在設(shè)定的虛警概率下，根據(jù)R的分布可確定邊緣檢測(cè) 門限γ。若R>y，則PIP2分布不同為邊緣像素。海面區(qū)域邊緣稀疏非連通，由邊緣檢測(cè)得到 的邊緣分布二值圖，取非邊緣區(qū)域最大連通域并剔除海面區(qū)域小面積邊緣可得到海面區(qū) 域，對(duì)海面區(qū)域進(jìn)行邊界跟蹤得到檢測(cè)出的港口岸線輪廓。
[0082]在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，對(duì)2013年由RADARSAT-2傳感器獲取的大連C波段 單視極化SAR數(shù)據(jù)進(jìn)行大型港口檢測(cè)試驗(yàn)，圖像分辨率大小為4.73 X 4.80米，大連區(qū)域圖像 大小為5491 X2156。如圖2(a)為大連區(qū)域Pauli基偽彩圖。沿岸區(qū)域分布著大小港口，而在 大型重要港口區(qū)域呈現(xiàn)出強(qiáng)的二次反射干擾，使得周圍水域散射強(qiáng)度明顯高于其他水域。 [0083]具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行5 X 5boxcar濾波處理，設(shè)定虛警概率為0.01，閾值檢 測(cè)水域平滑窗口設(shè)定為Wr = 5，e=0.1，邊緣檢測(cè)窗口設(shè)為5。圖7為大連區(qū)域檢測(cè)結(jié)果，其中 圖7(a)是極化SAR圖像Pauli基偽彩圖，圖7(b)為根據(jù)體散射功率檢測(cè)的水域結(jié)果；圖7(c) 為根據(jù)二次散射功率檢測(cè)結(jié)果(黑色為二次散射功率高于閾值區(qū)域）；圖7(d)為水域中檢測(cè) 出的強(qiáng)干擾水域；圖7(e)為平滑連通處理后確定出的大型港口水域；圖7(f)為檢測(cè)出的大 型港口水域在實(shí)際圖像中位置顯示，圖7(g)為經(jīng)過陸地邊緣檢測(cè)確定的大型港口區(qū)域，圖7 (h)為檢測(cè)的大型港口放大結(jié)果。圖7(b)結(jié)果表明，根據(jù)體散射功率閾值能很好的區(qū)分海面 和陸地區(qū)域；圖7(c)結(jié)果表明，根據(jù)二次散射功率閾值同樣能大致區(qū)分出高二次散射功率 的城區(qū)和大型港區(qū)強(qiáng)二次散射干擾水域；圖7(d)結(jié)果表明大型港區(qū)水域強(qiáng)二次散射干擾特 性使得其與其他水域具有顯著差異；圖7(e)結(jié)果表明經(jīng)過水域平滑和連通域處理，實(shí)現(xiàn)了 大型港口水域正確提取。對(duì)比圖7(e)，經(jīng)過陸地邊緣檢測(cè)，圖7(f)結(jié)果表明提出方法實(shí)現(xiàn)了 大型港口區(qū)域陸地區(qū)域正確檢測(cè)。
[0084] 另外，本發(fā)明實(shí)施例的港區(qū)水域提取的極化SAR圖像大型港口檢測(cè)方法的其它構(gòu) 成以及作用對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言都是已知的，為了減少冗余，不做贅述。
[0085] 在本說明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)"一個(gè)實(shí)施例"、"一些實(shí)施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特 點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不 一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何 的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0086]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不 脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本 發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于港區(qū)水域提取的極化SAR圖像大型港口檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步 驟： S1:對(duì)港區(qū)水域的SAR圖像進(jìn)行Freeman分解得到海面及陸地區(qū)域二次散射功率和體散 射功率； S2:通過所述體散射功率分離水域和陸地； S3:由所述二次散射功率確定大型港區(qū)水域；以及 S4:對(duì)所述大型港區(qū)水域使用Touzi邊緣檢測(cè)子進(jìn)行邊緣檢測(cè)確定岸線邊緣，從而檢測(cè) 出大型港口輪廓。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的港區(qū)水域提取的極化SAR圖像大型港口檢測(cè)方法，其特征在 于，所述步驟S1進(jìn)一步包括： S101:將所述港區(qū)水域的SAR圖像分為平靜海面圖像、受一般干擾的海面圖像和受強(qiáng)干 擾的海面圖像并相應(yīng)的分析散射特性的差異； S102:將所述平靜海面圖像、所述受一般干擾的海面圖像和所述受強(qiáng)干擾的海面圖像 通過Freeman分解得到海面及陸地區(qū)域二次散射功率和體散射功率。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的港區(qū)水域提取的極化SAR圖像大型港口檢測(cè)方法，其特征在 于，所述步驟S2進(jìn)一步包括： S201:分別直方圖統(tǒng)計(jì)擬合所述平靜海面圖像、所述受一般干擾海面圖像、所述受強(qiáng)干 擾的海面圖像的體散射功率分布建立假設(shè)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ停? S202:根據(jù)所述假設(shè)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ头蛛x水域和陸地。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的港區(qū)水域提取的極化SAR圖像大型港口檢測(cè)方法，其特征在 于，所述步驟S3進(jìn)一步包括： S301:分別統(tǒng)計(jì)所述平靜海面圖像、所述受一般干擾的水域圖像和所述大型港區(qū)干擾 水域圖像的二次散射功率分布對(duì)步驟S2分離的水域建立港區(qū)水域檢測(cè)的假設(shè)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ停_ 定所述港區(qū)水域的像素； S302:依據(jù)預(yù)設(shè)的閾值判斷出的疑似港區(qū)水域的二值圖進(jìn)行平滑處理，由面積大小和 連通域處理確定大面積的大型港區(qū)水域。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的港區(qū)水域提取的極化SAR圖像大型港口檢測(cè)方法，其特征在 于，所述步驟S4進(jìn)一步包括:對(duì)由大型港區(qū)水域劃定的感興趣區(qū)域體散射功率使用Touzi邊 緣檢測(cè)子進(jìn)行邊緣檢測(cè)確定岸線邊緣，從而檢測(cè)出大型港口輪廓。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于港區(qū)水域提取的極化SAR圖像大型港口檢測(cè)方法，包括以下步驟：S1：對(duì)港區(qū)水域的SAR圖像進(jìn)行Freeman分解得到海面及陸地區(qū)域二次散射功率和體散射功率；S2：通過所述體散射功率分離水域和陸地；S3：由所述二次散射功率確定大型港區(qū)水域；以及S4：對(duì)所述大型港區(qū)水域使用Touzi邊緣檢測(cè)子進(jìn)行邊緣檢測(cè)確定岸線邊緣，從而檢測(cè)出大型港口輪廓。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：從一種全新的角度快速、精確的實(shí)現(xiàn)大型港口的檢測(cè)。
【IPC分類】G06K9/46, G06T7/00
【公開號(hào)】CN105551049
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510998952
【發(fā)明人】劉春 , 殷君君, 楊健
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月28日