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基于冰情图SAR海冰图像分割

作　者: 范良欢
导　师: 杨学志
学　校: 合肥工业大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 冰情图 马尔可夫随机场 合成孔径雷达 海冰 图像分割
分类号: TN957.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


海冰是全球气候变化的一个敏感预计因子,对全球气候研究具有重要的科学意义;随着具有“黄金水道”之称的西北水道和北方航线的通航能力的逐渐增强,海冰还对全球经济格局转变具有重大的战略意义。研究海冰目前主要以合成孔径雷达(SAR)海冰图像作为数据依据。SAR海冰图像呈时空非平稳性(不同时期、不同地点的统计特征均可能不同),完全依靠计算机的自动解译方法鲁棒性较差,需要辅以一定的专家知识。冰情图中包含了关于冰的类型、含量、形状等各种专家知识,且具有丰富的历史存档资料可供免费使用,但是目前仅有少量研究开始探讨挖掘其中的信息。结合二者,本文通过将冰情图中的专家知识引入SAR海冰图像的分割过程,研究建立了SAR海冰图像分割的一个新途径。论文的主要工作如下:(1)采用加拿大RADARSAT-1卫星提供的地理参考级SAR遥感数据,建立了原始的雷达辐射强度与后向散射系数之间的转换方法,得到了传统意义的SAR图像。(2)采用加拿大冰服务局(Canadian Ice Service)提供的免费冰情图,建立了冰情图地理坐标转与SAR图像网格坐标之间的转换方法,实现了二者坐标系统的统一。(3)通过以基于马尔可夫随机场(MRF)海冰图像分割方法作为基础,以冰情图中提取的专家知识作为指导,建立了专家知识与计算机自动化分割方法相结合的新方法,实现了一个基于冰情图的SAR海冰分割系统。(4)针对当前研究缺乏基础研究平台和后继研究比较困难的情况,建立了面向对象的基础算法库,实现了一套基于用户界面的软件系统。实验结果表明,本文方法较传统方法在分割效果与速度上均有所提高,证明了该方法在SAR海冰图像解译方面的有效性。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
致谢  8-14
第一章 导论  14-20
  1.1 背景  14-16
    1.1.1 海冰研究的意义  14
    1.1.2 海冰研究的现状  14-16
  1.2 存在的疑问  16-18
    1.2.1 计算机解译还是人工解译？  16-17
    1.2.2 用分割研究分割有无意义？  17
    1.2.3 多源信息如何有效融合？  17-18
  1.3 论文研究目标及研究内容  18-19
    1.3.1 SAR 图像数据  18-19
    1.3.2 冰情图  19
    1.3.3 基于冰情图的SAR 海冰分割  19
    1.3.4 软件系统  19
  1.4 内容安排  19-20
第二章 应用背景  20-30
  2.1 合成孔径雷达  20-23
    2.1.1 合成孔径雷达原理  20-22
    2.1.2 合成孔径雷达图像特性  22-23
  2.2 冰情图  23-29
    2.2.1 NIC 冰情图数据  24
    2.2.2 CIS 冰情图数据  24-26
    2.2.3 蛋码  26-29
  2.3 小结  29-30
第三章 图像分割  30-43
  3.1 图像分割  30-33
    3.1.1 常用特征  31
    3.1.2 常用图像分割方法  31-33
  3.2 基于MRF 的图像分割  33-42
    3.2.1 随机场  33
    3.2.2 邻域系统和基团  33-35
    3.2.3 MRF  35
    3.2.4 基于像素的MRF 的图像分割  35-36
    3.2.5 基于区域的MRF 图像分割  36-42
  3.3 小结  42-43
第四章 结合冰情图的 MRF 合成孔径雷达海冰图像分割  43-50
  4.1 提出的方法-结合冰情图的MRF 合成孔径雷达海冰图像分割  43
  4.2 数据处理  43-49
    4.2.1 SAR 原始数据的转换  43-44
    4.2.2 冰情图文件的解析  44-47
    4.2.3 区域内冰种类数的确定  47
    4.2.4 SAR 图像与冰情图的配准  47-49
    4.2.5 提取子图像  49
  4.3 小结  49-50
第五章 实验结果及性能评价  50-66
  5.1 对比的方法  50
  5.2 评价标准  50
    5.2.1 人眼观察  50
    5.2.2 与冰情图中比例的吻合程度  50
    5.2.3 分割速度  50
  5.3 测试实例1 : 巴芬湾(2005.10.18)  50-59
  5.4 测试实例2 : 圣劳伦斯海湾(2003.01.26)  59-65
  5.5 测试结果总结  65
  5.6 小结  65-66
第六章 结论  66-68
  6.1 总结及研究贡献  66
  6.2 未来研究方向  66-68
    6.2.1 使用结构/边缘保持型滤波  66
    6.2.2 引入更多的常识或专家知识  66
    6.2.3 建立信息融合接口层  66-68
第七章 软件系统—RSAR  68-89
  7.1 特色  68
  7.2 架构  68-69
  7.3 与本文相关的部分代码段  69-89
    7.3.1 EM 算法  69-74
    7.3.2 分水岭分割  74-80
    7.3.3 冰情图文件处理  80-89
参考文献  89-93
攻读硕士学位期间发表的论文  93-94

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 雷达 > 雷达设备、雷达站 > 雷达接收设备 > 数据、图像处理及录取
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