地球信息科学学报 ›› 2021, Vol. 23 ›› Issue (4): 723-736.doi: 10.12082/dqxxkx.2021.200029
收稿日期:
2020-01-10
修回日期:
2020-04-14
出版日期:
2021-04-25
发布日期:
2021-06-25
通讯作者:
赵泉华
作者简介:
赵泉华(1978— ),女,河北承德人,博士,教授,主要从事随机几何、空间统计学、模糊集理论等在遥感图像建模、解译及海洋环境遥感等研究。E-mail: zqhlby@163.com
基金资助:
ZHAO Quanhua*(), FENG Linda, LI Yu
Received:
2020-01-10
Revised:
2020-04-14
Online:
2021-04-25
Published:
2021-06-25
Contact:
ZHAO Quanhua
Supported by:
摘要:
快速、准确的湿地地物分类是实现湿地精准监测的基础。为进一步研究湿地地物显著极化特征对分类结果的影响,提出了基于最优极化特征组合的SAR影像湿地分类方法。该方法利用箱型图等方式,在特征选择因子等准则下从多种极化分解方法选择最优极化特征进行组合,并在此基础上实现分类。首先,为了简化极化合成孔径雷达(Polarimetric Synthetic Aperture Radar, PolSAR)影像并降低其斑点噪声,对互易处理后的极化SAR影像进行多视化和精致Lee滤波。然后,进行6种极化分解,得到多种极化特征。再之,利用箱型图、Cloude-Pottier平面散点图和均值散点图详尽分析上述极化特征和双台河口湿地典型地物散射机制间的相关性,并据此在特征选择因子、特征判断因子、H/α平面等和均值标准差的准则下选择最优极化特征组合。最后,以上述最优极化特征组合为输入,设计支持向量机(Support Vector Machine, SVM)分类器,实现湿地的最优分类。本文以辽宁省盘锦市辽河入海口双台河口湿地为例,采用2016年7月的C波段Radarsat-2全极化数据验证最优极化特征组合的有效性。结果表明:① Cloude-Pottier分解的H、A和α、MCSM (Multiple-Component Scattering Model )分解的表面散射、Pauli分解的T33与Yamaguchi3分解的表面散射和二面角散射为最优极化特征;② 使用最优极化特征组合不仅可以减少极化特征冗余,还可以提高各湿地地物的生产者精度、分类总精度及Kappa系数,其中各湿地地物的生产者精度提高1%~5%,分类的总精度可达到94.25%,Kappa系数达到93.63%。
赵泉华, 冯林达, 李玉. 基于最优极化特征组合的SAR影像湿地分类[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(4): 723-736.DOI:10.12082/dqxxkx.2021.200029
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表1
各极化分解对应的特征参数"
特征参数 | 公式 | 含义 | 编号 |
---|---|---|---|
OddAn | OddAn= k1(T11, T22, T33, T12, T13, T23) | OddAn为An_Yang3分解中表面散射功率; k1表明表面散射可由相干矩阵T表示;T11—T23为相干矩阵T中元素 | (1) |
DblAn | DblAn = k2(T11, T22, T33, T12, T13, T23) | DblAn为An_Yang3分解中二面角散射功率; k2表明二面角散射可由相干矩阵T表示 | (2) |
VolAn | VolAn = k3(T11, T22, T33, T12, T13, T23) | VolAn为An_Yang3分解中体散射功率; k3表明体散射可由相干矩阵T表示 | (3) |
OddF-D | PsF-D为Freeman-Durden分解中表面散射功率; fsF-D为表面散射的权重,β为参数 | (4) | |
DblF-D | PdF-D为Freeman-Durden分解中二面角散射功率; fdF-D为二面角散射的权重,α为参数 | (5) | |
VolF-D | PvF-D为Freeman-Durden分解中体散射功率; fvF-D为体散射的权重 | (6) | |
OddMCSM | PsMCSM为MCSM分解中表面散射功率; fsMCSM为表面散射的权重,ρ为参数 | (7) | |
DblMCSM | PdMCSM为MCSM分解中二面角散射功率; fdYMCSM为二面角散射的权重,σ为参数 | (8) | |
VolMCSM | PvMCSM为MCSM分解中体散射功率; fvMCSM为体散射的权重 | (9) | |
HlxMCSM | PHlxMCSM为MCSM分解中螺旋体散射功率; fHlxYMCSM为螺旋体散射的权重 | (10) | |
WireMCSM | PWireMCSM为MCSM分解中线散射功率; fWireMCSM为线散射的权重,γ和 | (11) | |
OddYama | PsYama为Yamaguchi3分解中表面散射功率; fsYama为表面散射的权重,τ为参数 | (12) | |
DblYama | PdYama为Yamaguchi3分解中二面角散射功率; fdYama为二面角散射的权重,ζ为参数 | (13) | |
VolYama | PvYama为Yamaguchi3分解中体散射功率; fvYama为体散射的权重 | (14) | |
T11 | T11∈ diag(T) | T11为Pauli分解中包含的表面散射信息; diag(T)表明相干矩阵T中对角线元素 | (15) |
T22 | T22∈ diag(T) | T22为Pauli分解中包含的二面角散射信息 | (16) |
T33 | T33∈ diag(T) | T33为Pauli分解中包含的体散射信息 | (17) |
α | α为Cloude-Pottier分解中平均极化散射角,识别主要散射机理; αm为散射角; Pm为相干矩阵T特征值的伪概率,m = 1, 2, 3 | (18) | |
H | H为Cloude-Pottier分解中极化熵,衡量极化程度 | (19) | |
A | A为Cloude-Pottier分解中各向异性,衡量非主导散射相对大小; λi为从大到小排列的特征值 | (20) |
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