趙金奇

武漢大學測繪遙感信息工程國家重點實驗室，湖北 武漢 430079

變化檢測是通過對同一區(qū)域的多次觀測獲取地表隨時間變化的過程，在土地利用規(guī)劃、環(huán)境資源監(jiān)測、災害應急等領域發(fā)揮了重要作用。遙感技術能夠在短時間內獲取地表大面積的土地覆蓋信息，節(jié)省大量的人力、物力資源，成為變化檢測的重要手段之一。

極化合成孔徑雷達(polarimetric synthetic aperture radar,PolSAR)通過獲取地物在多種極化狀態(tài)下的散射信號，為地物解譯提供了更為豐富的信息，相較于單極化SAR，在目標極化散射特性的分析、提取上有著較大的優(yōu)勢。隨著機/星載SAR平臺技術的不斷發(fā)展，可利用的PolSAR數據源越來越多，然而如何充分利用極化信息進行變化檢測仍是PolSAR應用的前沿問題。本文分別以星載RADARSAT-2和機載UAVSAR多時相PolSAR數據為研究對象，在充分利用極化信息的基礎上，針對非監(jiān)督和監(jiān)督變化檢測方法進行深入研究。本文內容主要包括以下幾個方面：

(1) 系統(tǒng)總結了現有的多時相SAR影像變化檢測算法，對非監(jiān)督和監(jiān)督變化檢測進行了深入分析。分別從差異影像提取/時相SAR影像獨立分類、閾值分割/對比分類結果和精度評價3個方面開展非監(jiān)督/監(jiān)督變化檢測的研究。

(2) 在多時相SAR影像非監(jiān)督變化檢測差異影像提取方面，針對現有差異影像提取方法主要集中在單極化和多極化SAR、極化信息利用不充分等方面的問題，深入分析了PolSAR相對于單極化和多極化SAR在差異影像提取上的優(yōu)勢，在充分利用相干/協(xié)方差矩陣全部元素的基礎上，發(fā)展了一種基于假設檢驗的全極化差異影像提取方法，提高差異影像的區(qū)分能力。試驗結果表明，本文方法能夠有效地提高變化和未變化區(qū)域的區(qū)分程度，在一定程度上減少了外界干擾因素的影響。

(3) 在多時相SAR影像非監(jiān)督變化檢測閾值分割方面，系統(tǒng)總結了相關自動閾值選取方法；通過對差異圖的統(tǒng)計分布特征進行研究，提出了利用廣義高斯模型對差異影像的統(tǒng)計分布進行模擬，在此基礎上，對最小誤差方法(Kittler and Illingworth,K&I)進行了改進，實現了差異影像閾值的自動提取。試驗結果表明，本文提出的閾值分割方法能夠提高變化檢測的精度。

(4) 在多時相PolSAR影像監(jiān)督變化檢測方面，針對主流監(jiān)督變化檢測方法前后時相相關信息利用不充分、過度依賴分類精度、非監(jiān)督變化檢測方法不能對前后時相類別變化進行檢測的問題，提出了基于相似度測度的聯合分類變化檢測策略。相似度測度有效利用了多時相影像的上下文/時間信息，對分類進行約束，實現了對類別變化檢測的提取。試驗結果表明，本文提出的方法可以利用較少的監(jiān)督樣本完成高精度變化檢測信息的提取。

(5) 在濕地水位變化監(jiān)測方面，對當前時序SAR影像濕地水位變化的檢測方法進行了總結分析，針對干涉合成孔徑雷達(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)技術依賴時序SAR影像相干性、PolSAR技術不能檢測變化程度、濕地地物較難區(qū)分的問題，首次提出聯合PolSAR和InSAR技術進行大范圍濕地動態(tài)變化監(jiān)測。通過利用PolSAR非監(jiān)督變化檢測技術及InSAR相干圖的先驗信息對濕地變化和不變區(qū)域進行提取，并通過極化分解和同極化相位差對不變區(qū)域進行極化特征提取，確定地物的散射類型；利用InSAR相干圖對PolSAR聯合分類獲得的類別變化結果進行驗證，并通過PolSAR提取的類別變化信息與InSAR干涉圖對水位升/降趨勢進行估計。