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SAR图像海面溢油检测技术研究 |
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【摘要】：经济社会快速发展,海洋石油资源开发和海上运输业空前繁荣。然而各种溢油事故频繁发生,例如不合理的海洋石油资源开发造成的井喷和爆炸,船舶或油轮运输过程中发生的触礁和碰撞等。这给事发国家的海域以及周边国家和地区的生态、环境、经济造成了严重的破坏和损失。此外,海面溢油监测能够为海上军事侦察以及寻找失事飞机或船只提供有力的信息支撑。如何有效监测海面溢油,及时为后续工作获取有用的海洋表面信息,是目前各国研究的热点。合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,简称SAR),作为一种主动式的微波传感器,通过向目标发射电磁波并接收回波信号来获取目标信息。其不依赖太阳光及光照条件,能够克服雨天、雾天、夜晚的影响,全天时、全天候地连续获取数据,具有较强的穿透能力,是海面溢油监测重要的技术手段之一。SAR海面溢油检测是进一步实现溢油监测的基础和关键。目前国内外溢油检测的主要手段是通过预处理实现对溢油图像的有效去噪,针对溢油区域分割解决海水与油膜分离的问题,基于溢油区域特征提取与分类确定油膜属性。然而,无论在滤波器的选择、分割算法的改进以及分类器的设计等方面,仍然处于不断的探索和发展阶段。本文在对溢油监测研究的背景和意义、发展卫星遥感技术进行海面溢油监测的必要性以及国内外研究现状和发展趋势总结、归纳的基础上,重点对上述三个方面的技术进行了研究。预处理是海面溢油检测的基础。首先,综述了SAR成像基础及SAR海面溢油检测机理,分析了影响海面溢油检测的主要因素。其次,在SAR海面溢油图像辐射校正、几何校正基本原理分析的基础上,重点针对SAR海面溢油图像的斑点噪声滤除,分析了几种典型滤波器的特点。最后,通过实验对比分析了六种典型滤波器在三种窗口下的性能。分割是海面溢油检测的关键。首先,分析了图像分割的基础理论,重点研究了基于数据驱动的阈值分割和基于模型驱动的MRF分割方法。其次,在分析最大熵和2D-Otsu两种典型阈值分割算法的基础上,针对分割质量不高,计算时间较长的问题,提出了一种改进的2D-Otsu算法。通过与最大熵和原2D-Otsu阈值分割算法的对比实验,定量地分析评估了该改进算法的性能,结果表明,该算法结合溢油区域的上下文信息,充分利用溢油区域对雷达入射波的后向散射较为均匀的特点,可有效改进分割质量,提高分割效率。最后,针对单独伽玛(Gamma)模型和单独对数正态(Log?Normal)模型不能同时有效确定目标和背景的问题,提出一种伽玛(Gamma)和对数正态(Log?Normal)模型组合的MRF分割算法。该算法通过2?检验准则对两种单分布模型进行拟合,再利用MRF实现最终分割。实验结果表明,与单分布模型相比,该组合分布模型MRF分割算法的误分率更低,分割效果更好。分类识别是海面溢油检测的目的。首先,针对SAR图像上常见的类油膜现象进行分析。其次,结合实测样本数据集,研究实现了海面溢油的几何、灰度、纹理特征提取方法,并通过各特征之间的相关性及油膜和类油膜分类性能的定量分析与比较,实现了特征的有效筛选。最后,进一步通过K-近邻、贝叶斯、BP神经网络以及支持向量机(SVM)四种典型分类器的分类实验结果,定量地分析比较了四种分类器的分类性能,同时验证了本文特征提取及选择方法的有效性,为进一步深入研究奠定了基础。
【关键词】：SAR 分割油膜 滤波 阈值分割 MRF分割 特征提取 分类油膜
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN957.52
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