基于冰情图SAR海冰图像分割

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。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

致谢

第一章 导论

1.1 背景

1.1.1海冰研究的意义

1.1.2海冰研究的现状

1.2 存在的疑问

1.2.1计算机解译还是人工解译?

1.2.2用分割研究分割有无意义?

1.2.3多源信息如何有效融合?

1.3 论文研究目标及研究内容

1.3.1 SAR图像数据

1.3.2冰情图

1.3.3基于冰情图的SAR海冰分割

1.3.4软件系统

1.4 内容安排

第二章 应用背景

2.1 合成孔径雷达

2.1.1合成孔径雷达原理

2.1.2合成孔径雷达图像特性

2.2 冰情图

2.2.1 NIC冰情图数据

2.2.2 CIS冰情图数据

2.2.3蛋码

2.3 小结

第三章 图像分割

3.1 图像分割

3.1.1常用特征

3.1.2常用图像分割方法

3.2 基于MRF的图像分割

3.2.1随机场

3.2.2邻域系统和基团

3.2.3 MRF

3.2.4基于像素的MRF的图像分割

3.2.5基于区域的MRF图像分割

3.3 小结

第四章 结合冰情图的MRF合成孔径雷达海冰图像分割

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

4.2 数据处理

4.2.1 SAR原始数据的转换

4.2.2冰情图文件的解析

4.2.3区域内冰种类数的确定

4.2.4 SAR图像与冰情图的配准

4.2.5提取子图像

4.3 小结

第五章 实验结果及性能评价

5.1 对比的方法

5.2 评价标准

5.2.1人眼观察

5.2.2与冰情图中比例的吻合程度

5.2.3分割速度

5.3 测试实例1：巴芬湾(2005.10.18)

5.4 测试实例2：圣劳伦斯海湾(2003.01.26)

5.5 测试结果总结

5.6 小结

第六章 结论

6.1 总结及研究贡献

6.2 未来研究方向

6.2.1使用结构/边缘保持型滤波

6.2.2引入更多的常识或专家知识

6.2.3建立信息融合接口层

第七章 软件系统—RSAR

7.1 特色

7.2 架构

7.3 与本文相关的部分代码段

7.3.1 EM算法

7.3.2分水岭分割

7.3.3冰情图文件处理

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文