述港区水域的像素。
[0051] S302:依据预设的阈值判断出的疑似港区水域的二值图进行平滑处理，由面积大 小和连通域处理确定大面积的大型港区水域。
[0052] S4:对所述大型港区水域使用Touzi边缘检测子进行边缘检测确定岸线边缘，从而 检测出大型港口轮廓。
[0053]在本发明的一个实施例中，所述步骤S4进一步包括:对由大型港区水域划定的感 兴趣区域体散射功率使用Touzi边缘检测子进行边缘检测确定岸线边缘，从而检测出大型 港口轮廓。
[0054]为了是本领域技术人员更清楚的理解本发明，将通过下述实施例进行详细说明： [0055]第一步:港区水域散射特性分析
[0056]对于低海况海面，其散射成分主要呈现为布拉格(Bragg)表面散射。对于沿岸小型 建筑或船只附近的海面，建筑或船只与海面构成的二面角反射使得相应海面具有一定的二 次散射成分。对于大型港区海面，港区金属建筑等强散射体的二次反射干扰使得周围海面 二次散射成分较强，强度较其他海面区域高出一个量级。如图4为平静海面，受一般干扰海 面和受强散射干扰海面的Pauli基伪彩图。
[0057]通过Freeman三成分分解得到不同海面区域的二次散射成分，若目标像素的相干 矩阵为T，Freeman三成分分解将多视极化SAR观测到的目标相干矩阵T分解为平面散射、二 次散射、和体散射三种散射成分，如下：
[0058] T = PsTsurface+PdTdouble+PvTvolume , (1)
[0059] 其中Ps，Pd，Pv分别代表平面散射，二次散射及体散射的功率。
[0060] 第二步:水域提取模型
[0061] 平静海面和受二次散射干扰的海面，其体散射较沿岸植被、建筑和裸地区域具有 一定差异。根据Freeman分解求解可知，体散射功率为Pv=4〈 I Shv 12>，服从Gamma分布，
[0063]其中u为二次散射功率平均值，L为等效视数，G( ·)为Gamma函数。
[0064] 如图5为样本直方图统计拟合确定的平静海面、受一般干扰海面、大型港区海面和 沿岸植被区域体散射功率分布。
[0065] 若Χ= {χι，Χ2，···，Xn}为服从gamma分布的各类海面及陆地植被区域体散射功率样 本，则根据式(3)和式(4)可以得出参数P和L的估计式为：
[0068]根据港区和非港区水域散射特性分析可知，沿岸海面相对陆地区域体散射功率差 异明显，由此可建立区分水域与陆地区域的二元假设检验模型。根据海面体散射功率分布， 在设定的虚警概率下，可得到区分海面和陆地的检测门限。
[0069]第三步:大型港区水域提取模型
[0070]对于平静海面，其散射成分主要为表面散射，二次散射和体散射功率接近于零;对 于受二次散射干扰水域，其散射成分主要为表面散射和二次散射，体散射功率接近于零，而 二次散射干扰成分功率大于表面散射功率。因此对于受干扰水域，其散射功率主要为二次 散射功率，其二次散射功率概率分布近似为Gamma分布如式(2)。
[0071 ]同样根据式⑶和式⑷可以得出参数P和L的估计，如图6为RADARSAT-2极化SAR数 据大量样本直方图统计拟合确定的平静海面、受一般干扰的海面和大型港区海面的二次散 射功率分布。
[0072]对于根据体散射功率分布确定的海面区域，由平静海面、受一般干扰的水域和大 型港区干扰水域二次散射功率分布建立假设检验模型，可区分出大型港区水域。若像素的 二次散射功率为Pd，则假设：
[0074] 在设定的虚警概率下，同样可得到区分大型港区水域和其它水域的检测门限。
[0075] 通过体散射功率和二次散射功率的假设检验提取出的水域像素常常不连通并包 含一些小的虚警区域。为提取出连通的大型港口水域并将面积较小的虚警区域剔除，我们 对阈值判断出的二值图以窗口 WrXWr进行平滑处理，对平滑后的像素值N进行阈值判断，若N >eW r2则判为港区水域像素。对平滑阈值判断出的港区水域二值图进行连通域处理，在设定 的面积阈值η下可判断出大面积的大型港区水域。
[0076] 第四步、港口边界确定
[0077] 由提取出的大型港区水域确定最大外界矩形区域，为确定出大型港口边界，对矩 形区域进行边缘检测。同样为避免区域内由于水域二次散射干扰导致的虚假边缘，判断检 测窗内两相邻区域体散射功率的比值。若检测窗相邻区域的体散射功率分别为Pi，P 2,则边 缘假设检验模型为
[0079] PiPs服从Gamma分布，使用Touzi比值检测子检验边缘。若&苎为以像素为中心窗 口对称分割的相邻区域平均体散射功率，则检测子形式为：
[0081]在四个不同方向窗口下（中轴线和对称线)计算边缘检测子能量= 的最大值为最终检测的边缘能量Rmax，在设定的虚警概率下，根据R的分布可确定边缘检测 门限γ。若R>y，则PIP2分布不同为边缘像素。海面区域边缘稀疏非连通，由边缘检测得到 的边缘分布二值图，取非边缘区域最大连通域并剔除海面区域小面积边缘可得到海面区 域，对海面区域进行边界跟踪得到检测出的港口岸线轮廓。
[0082]在本发明的一个具体实施例中，对2013年由RADARSAT-2传感器获取的大连C波段 单视极化SAR数据进行大型港口检测试验，图像分辨率大小为4.73 X 4.80米，大连区域图像 大小为5491 X2156。如图2(a)为大连区域Pauli基伪彩图。沿岸区域分布着大小港口，而在 大型重要港口区域呈现出强的二次反射干扰，使得周围水域散射强度明显高于其他水域。 [0083]具体实现时，首先对数据进行5 X 5boxcar滤波处理，设定虚警概率为0.01，阈值检 测水域平滑窗口设定为Wr = 5，e=0.1，边缘检测窗口设为5。图7为大连区域检测结果，其中 图7(a)是极化SAR图像Pauli基伪彩图，图7(b)为根据体散射功率检测的水域结果；图7(c) 为根据二次散射功率检测结果(黑色为二次散射功率高于阈值区域）；图7(d)为水域中检测 出的强干扰水域；图7(e)为平滑连通处理后确定出的大型港口水域；图7(f)为检测出的大 型港口水域在实际图像中位置显示，图7(g)为经过陆地边缘检测确定的大型港口区域，图7 (h)为检测的大型港口放大结果。图7(b)结果表明，根据体散射功率阈值能很好的区分海面 和陆地区域；图7(c)结果表明，根据二次散射功率阈值同样能大致区分出高二次散射功率 的城区和大型港区强二次散射干扰水域；图7(d)结果表明大型港区水域强二次散射干扰特 性使得其与其他水域具有显著差异；图7(e)结果表明经过水域平滑和连通域处理，实现了 大型港口水域正确提取。对比图7(e)，经过陆地边缘检测，图7(f)结果表明提出方法实现了 大型港口区域陆地区域正确检测。
[0084] 另外，本发明实施例的港区水域提取的极化SAR图像大型港口检测方法的其它构 成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。
[0085] 在本说明书的描述中，参考术语"一个实施例"、"一些实施例"、"示例"、"具体示 例"、或"一些示例"等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特 点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不 一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何 的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0086]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不 脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本 发明的范围由权利要求及其等同限定。
【主权项】
1. 一种基于港区水域提取的极化SAR图像大型港口检测方法，其特征在于，包括以下步 骤： S1:对港区水域的SAR图像进行Freeman分解得到海面及陆地区域二次散射功率和体散 射功率； S2:通过所述体散射功率分离水域和陆地； S3:由所述二次散射功率确定大型港区水域；以及 S4:对所述大型港区水域使用Touzi边缘检测子进行边缘检测确定岸线边缘，从而检测 出大型港口轮廓。2. 根据权利要求1所述的港区水域提取的极化SAR图像大型港口检测方法，其特征在 于，所述步骤S1进一步包括： S101:将所述港区水域的SAR图像分为平静海面图像、受一般干扰的海面图像和受强干 扰的海面图像并相应的分析散射特性的差异； S102:将所述平静海面图像、所述受一般干扰的海面图像和所述受强干扰的海面图像 通过Freeman分解得到海面及陆地区域二次散射功率和体散射功率。3. 根据权利要求1所述的港区水域提取的极化SAR图像大型港口检测方法，其特征在 于，所述步骤S2进一步包括： S201:分别直方图统计拟合所述平静海面图像、所述受一般干扰海面图像、所述受强干 扰的海面图像的体散射功率分布建立假设检验模型； S202:根据所述假设检验模型分离水域和陆地。4. 根据权利要求1所述的港区水域提取的极化SAR图像大型港口检测方法，其特征在 于，所述步骤S3进一步包括： S301:分别统计所述平静海面图像、所述受一般干扰的水域图像和所述大型港区干扰 水域图像的二次散射功率分布对步骤S2分离的水域建立港区水域检测的假设检验模型，确 定所述港区水域的像素； S302:依据预设的阈值判断出的疑似港区水域的二值图进行平滑处理，由面积大小和 连通域处理确定大面积的大型港区水域。5. 根据权利要求4所述的港区水域提取的极化SAR图像大型港口检测方法，其特征在 于，所述步骤S4进一步包括:对由大型港区水域划定的感兴趣区域体散射功率使用Touzi边 缘检测子进行边缘检测确定岸线边缘，从而检测出大型港口轮廓。
【专利摘要】本发明公开了一种基于港区水域提取的极化SAR图像大型港口检测方法，包括以下步骤：S1：对港区水域的SAR图像进行Freeman分解得到海面及陆地区域二次散射功率和体散射功率；S2：通过所述体散射功率分离水域和陆地；S3：由所述二次散射功率确定大型港区水域；以及S4：对所述大型港区水域使用Touzi边缘检测子进行边缘检测确定岸线边缘，从而检测出大型港口轮廓。本发明具有如下优点：从一种全新的角度快速、精确的实现大型港口的检测。
【IPC分类】G06K9/46, G06T7/00
【公开号】CN105551049
【申请号】CN201510998952
【发明人】刘春 , 殷君君, 杨健
【申请人】清华大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月28日