專利名稱：一種利用兩種不同頻率下的極化sar圖像進行分類的方法
技術領域：
本發(fā)明提出了一種雙頻極化合成孔徑雷達(POL-SAR)圖像的分類方法，屬于SAR 圖像解譯領域。
背景技術：
目標的自動分類一直是SAR圖像應用研究的一個重要內(nèi)容，它通過研究目標散射回波來提取目標特征，分析目標特性，實現(xiàn)對不同類目標的自動區(qū)分。雷達接收的電磁波不僅與極化方式有關，而且與電磁波的頻率有關系，不同波長的入射波會與復雜目標的不同部分互相作用，因而目標會展示出不同的散射特性。因此，多頻、多極化SAR圖像比單頻、單極化圖像包含了更加豐富的目標信息，在軍事偵察、資源規(guī)劃、環(huán)境檢測，農(nóng)作物長勢分析、 海洋目標檢測等諸多方面都具有重要的應用潛力。隨著極化SAR理論和系統(tǒng)的發(fā)展，涌現(xiàn)出了很多針對單頻多極化SAR圖像分類的理論和方法，如基于相干矩陣特征分解的H/ α分類和H/ α /A分類方法、基于協(xié)方差矩陣(或相干矩陣)的WISHART分布的極大似然分類方法等。而針對多頻、多極化SAR圖像分類的有效方法相對較少，最常用的方法是對兩個頻率的圖像分別進行分類，然后對兩個頻率的分類結果進行組合。通常單頻極化SAR圖像在較簡單的場景下會保留幾類目標，在復雜的場景會保留十幾類目標，假定兩個頻率分別保留了 ml和m2類目標，則雙頻組合后至多可以保留ml*m2類目標，顯然，這種雙頻組合使得類別數(shù)目急劇增加，必須要經(jīng)過專門的類合并過程來減少類別數(shù)目。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對目前應用的雙頻極化SAR圖像分類中產(chǎn)生的類別數(shù)目較多， 需要初始類合并過程來減少類別數(shù)目的問題給出了一種既能充分利用雙頻極化SAR的信息，又不需要類合并過程的雙頻極化SAR圖像分類方法。本發(fā)明的理論基礎是，當改變照射目標的電磁波的頻率時，從目標回波中提取的反映目標散射機理的特征也將發(fā)生變化，但不同散射機理的目標的特征量的變化趨勢和變化量不同。利用這種特征變化趨勢和變化量的不同可以區(qū)分不同類別的目標。本發(fā)明遵循了以下的技術方案一種雙頻極化SAR圖像分類的方法，具體實現(xiàn)中包括以下步驟(1)極化SAR圖像的特征提??；(2)計算特征變化量；(3)特征平面劃分；(4)初始類劃分；(5)迭代修正。 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于，通過特征量變化平面所劃分出的目標類別可以直接應用于迭代修正過程，而不需要進行類合并處理，并且所劃分出的各個類別具有明確的物理意義。


圖1 雙頻極化SAR圖像分類流程2 特征量變化平面劃分示意圖其中，101:特征量提取102:計算特征變化量103:特征平面劃分104:分類105:迭代修正
具體實施例方式進行地物分類是SAR圖像應用中的一個重要方面，而極化SAR包括了比單極化SAR 更豐富的信息，雙頻率極化SAR則是利用了兩個不同頻率下的極化SAR圖像，包含的信息量進一步增加，利用雙頻率極化SAR圖像可以獲得比單極化SAR圖像和單頻率極化SAR圖像更精確的分類結果。本發(fā)明的雙頻率極化SAR圖像分類方法的流程如圖1所示，首先對輸入的不同頻率的極化SAR圖像，分別進行特征量提取101 ；然后對不同頻率下的特征量相減，計算特征變化量102 ；對采用的特征構成特征平面，將特征平面劃分為不同的區(qū)域103 ； 在特征平面劃分的基礎上實現(xiàn)雙頻極化SAR圖像的初始分類104 ；最后對初始分類結果進行迭代修正105。具體的實現(xiàn)步驟如下1、極化SAR圖像的特征提取極化SAR圖像中的特征提取方法很多，其中基于特征分解所提取的特征為目前應用最為廣泛的方法之一，對于兩種具體不同頻率的極化SAR圖像，同樣可以采用特征分解方法分別提取特征量。極化SAR圖像中目標特征分解如下式
"Λ00"
T = UKU-1 = U0Λ0U00Λ.式中，T為目標的特征矩陣，且為埃米特矩陣，U = Le1 e2 e3], e.=
cosα ·βΛ
sin OCi ■ cos Pi ■ ejS' sin OCi ■ sin β. ■ em其中，j為虛數(shù)單位，Xi* T的非負特征值，并有X1^λ3，&為特征分解過程中所得到的與Xi相對應的特征向量，α 1表示散射體內(nèi)部自由度，對應一定的散射機理，其取值范圍為0°彡、彡90°，I為目標關于雷達視線的方向角，(^，Si, Yi為目標散射相位角。定義目標散射熵(H)、散射角(α)、極化度(PD)和反熵㈧為
權利要求
1.一種利用兩種不同頻率下的極化SAR圖像進行分類的方法，其步驟如下(1)提取極化SAR圖像的特征；(2)針對所述極化SAR圖像提取出的特征計算在兩種頻率下的特征變化量；(3)根據(jù)所述特征變化量進行特征平面的劃分；(4)按照目標在所述特征平面上的分布進行初始類劃分；(5)采用迭代分類方法對所述極化SAR圖像中的目標做進一步的修正。
2.根據(jù)權利要求1的利用兩種不同頻率下的極化SAR圖像進行分類的方法，其特征在于所述步驟(1)中的提取特征具體為針對不同頻率的兩幅極化SAR圖像分別提取特征，所述特征包括目標的散射熵、平均散射角、極化反熵、極化度、極化相位差、交叉極化相位差、 不同散射機理的貢獻量。
3.根據(jù)權利要求1的利用兩種不同頻率下的極化SAR圖像進行分類的方法，其特征在于所述步驟O)中的特征變化量的計算方法為G2+G1其中，G1和(；2分別為頻率和f2下的極化SAR圖像提取出的特征。
4.根據(jù)權利要求1的利用兩種不同頻率下的極化SAR圖像進行分類的方法，其特征在于所述步驟(3)中特征平面的劃分所選用的特征變化量是根據(jù)具體的待分類對象，從多個特征變化量中選取能夠反映目標機理和散射特性的兩類特征變化量來構建特征平面；特征平面需要按照待分類的類別數(shù)目而劃分，劃分出的區(qū)域數(shù)目即為分類的類別數(shù)目。
5.根據(jù)權利要求1的利用兩種不同頻率下的極化SAR圖像進行分類的方法，其特征在于所述步驟中，按照目標在特征平面上的分布進行初始類劃分，具體為，落入同一區(qū)域的目標即為同類目標，落入某一區(qū)域的目標集合為Ivi = (Xi, Yi)}, 1 e N式中，Vi為落入該區(qū)域的第i個目標，N為自然數(shù)集，(Xi，Yi)為目標Vi在特征平面上的位置坐標；該類目標的類中心表示為C1 = (<Xi>, <Υ 式中的<·>表示取均值運算。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用兩種不同頻率下的極化SAR圖像進行分類的方法，該方法包含以下步驟(1)極化SAR圖像的特征提??；(2)計算在兩種頻率下的特征變化量；(3)特征平面劃分；(4)初始類劃分；(5)迭代修正。本發(fā)明利用了不同地物的特征隨頻率變化時所表現(xiàn)出的不同的變化趨勢和變化量，基于特征平面劃分實現(xiàn)初始類別劃分，并采用迭代方法進行修正。該分類方法不需要類合并過程，所劃分出的各個初始類別具有明確的物理意義，并且類別數(shù)目的控制靈活。
文檔編號G06K9/46GK102156883SQ20111010147
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月22日 優(yōu)先權日2011年4月22日
發(fā)明者孫作為, 王文光, 趙新芳, 魯菲 申請人:北京航空航天大學