博士论文摘要 | 江畅：滨海滩涂全极化SAR影像相干斑滤波方法研究
本文内容来源于《测绘学报》2020年第11期，审图号GS（2020）5931号。
江畅1,2,3
1.南京邮电大学地理与生物信息学院, 江苏 南京 210013;
2.江苏省智慧健康大数据分析与位置服务工程实验室, 江苏 南京 210013;
3.河海大学地球科学与工程学院, 江苏 南京 210098
基金项目：国家自然科学基金（41830110）；南京邮电大学校级科研基金（NY219068）
自2009年江苏省沿海地区发展上升到国家战略层面以来，江苏沿海地区土地利用与土地覆盖发生了较大的变化，滩涂湿地围垦与滨海湿地保护的矛盾愈发突出。极化合成孔径雷达(SAR)具有全天候、全天时以及可穿透性等特点，为江苏省滨海滩涂的动态监测提供了一种新型和快速的监测手段。不同的极化SAR相干斑滤波方法具有不同的适用性，它们直接影响到滨海滩涂的提取效果。本文主要研究顾及滨海滩涂特征的极化SAR影像相干斑滤波方法，从而为江苏滨海滩涂动态监测提供可用程度高的信息，也为沿海滩涂的合理开发利用和生态环境的保护提供科学依据。主要内容如下：
(1) 基于滨海滩涂中潮沟与围垦区域的结构特征，利用抗差独立成分分析(RICA)和局部线性最小均方差估计方法(LMMSE)，提出了基于异质性区域分划策略的极化SAR影像相干斑滤波方法。试验表明，顾及异质性的LMMSE-RICA在抑制相干斑的同时能够很好保留滨海滩涂中潮沟和围垦区域的边缘信息。
(2) 针对滨海滩涂极化SAR影像中散射特征保持问题，引入相对全变差模型，提出了基于极化相对全变差的极化SAR影像相干斑滤波方法，通过对角元素构建局部的结构相似性以及极化相似性，迭代计算待滤波像元的极化相干矩阵。试验表明，该方法在相干斑滤波和散射特征保持性之间实现了更好的平衡。
(3) 针对极化SAR影像相干斑滤波难以将滨海滩涂结构信息和散射特征同时保留的问题，提出了多特征交叉迭代极化SAR相干斑双边滤波方法，采用滨海滩涂典型地物的显著散射特征扩展权重，将极化相似性和极化特征综合应用于极化SAR影像像元相似测度中。以江苏盐城滩涂围垦区域的高分三号全极化SAR影像为数据源进行了试验研究，并与传统的相干斑滤波算法进行了比较。研究表明该方法能够在抑制相干斑的同时较好的保留滨海滩涂的散射特征和边缘结构特征。
(4) 深入研究了非局部策略下的极化SAR影像相干斑滤波方法，提出了自适应非局部均值相干斑滤波方法(PANLM)，该方法以滨海滩涂的同质像素筛选和同质图块相似性构建了自适应非局部均值策略。以江苏盐城滨海滩涂为研究区域，对高分三号全极化SAR影像分别进行了相干斑滤波效果、散射特征保持以及典型滩涂地物地貌分类3个方面验证。试验结果表明：相比于其他传统的局部相干斑滤波方法，PANLM滤波在抑制相干斑的同时能很好地保持边缘结构特征，在水平和垂直方向的边缘保持指数分别为0.874 3和0.779 4，能较好地保持潮沟散射特征；对于Krogager分解、Freeman分解、Yamaguchi分解、TSVM分解以及灰度共生矩阵纹理特征等四组特征集合，PANLM滤波结果的分类总体精度分别可达到92.10%、92.96%、93.71%、95.65%和99.89%；相比其他滤波方法，PANLM滤波方法处理结果的分类效果最好，总体精度和Kappa系数分别为92.13%和0.90，其分类结果中人工地物和潮沟的分类精度最高，用户精度分别为73.39%和97.38%。
作者简介：江畅(1978-),女,2019年9月毕业于河海大学,获工学博士学位(指导老师:何秀凤教授),研究方向为极化SAR影像的处理。E-mail:jiange@njupt.edu.cn