基于动态纹理表达的SAR影像建模与信息提取
批准号:
62071336
项目类别:
面上项目
资助金额:
54.0 万元
负责人:
徐新
依托单位:
学科分类:
信息获取与处理
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
徐新
中文摘要
SAR系统正呈现多通道、多观测角、高时相、高分辨率的发展态势,而当前SAR“同质异谱”现象及单景处理模式则严重阻碍了高精度大规模SAR解译。研究表明极化SAR地物散射特性随极化基的改变存在动态规律,而时间序列、视频SAR数据形式对目标解译构成了新挑战。本项目聚焦于单景/时序/视频SAR数据信息动态化表达与建模问题,提出基于动态纹理表达的SAR影像建模新思路。利用动态纹理模型刻画极化SAR数据的“角空联合”动态极化响应特征,以动态视角发掘SAR地物散射机理;对时间序列SAR影像中包含的随机性变化、自然性变化和目标变化,研究基于生成对抗网络和“时序变化”动态表征的地物变化信息提取方法;对视频SAR数据动目标检测跟踪问题,以动态系统模型刻画不同类型纹理“时空联合运动”模式,实现动目标和背景变化的统一表达建模。本项目可为极化SAR影像散射机理动态表达和时间序列SAR数据动态解译提供新的理论和方法。
英文摘要
Synthetic aperture radar (SAR) systems are developing at a high speed with a trend of multi-channels, multi-view angles, multi-time phases and high resolutions. However, the phenomenon of "homogeneous region with different spectrum”, along with the single scene processing strategy seriously hinder the high-precision interpretation of time series large-scale SAR images. Recent studies show that there is an inherent dynamic change of the scattering characteristics of targets in polarimetric SAR (PolSAR) images with the change of the polarimetric basis. Similarly, both the time series SAR images and the new system SAR data contain abundant ground information and dynamic change information, and both pose new challenges for describing target information in a dynamic manner. This project focuses on the dynamic expression and modeling methods of single scene PolSAR image and time series SAR images, and puts forward a new strategy for SAR image data modeling and analysis by dynamic texture expression. We utilize the dynamic texture model to describe the joint dynamic variation trend of polarimetric response in the angle axes and the spatial axes. In this way, rich information of polarimetric SAR data can be mined and can be adopted to achieve better image interpretation results. For time series SAR data, due to the natural changes caused by seasonal differences, target changes caused by imaging parameters, and random changes caused by imaging mechanism, the SAR images contains complicated dynamic textures in both temporal axes and spatial axes, and these changes show different pattern. Describing different temporal-spatial texture mode with generative adversarial networks and dynamic system, accurate and effective ground change monitoring can be realized. For the detection and tracking of moving targets in video SAR data, the dynamic system model is used to describe the spatial and temporal joint motion mode to achieve the unified expression and modeling analysis of the dynamic changes of moving targets and background. This project can provide new theories and methods for the dynamic expression of SAR polarization mechanism and the dynamic interpretation of time series SAR imagery.
本项目聚焦于SAR遥感数据动态化表达与建模问题。随着SAR系统向多通道、多观测角、高时相、高分辨率方向发展,如何有效利用数据的动态特性成为关键挑战。针对单景SAR“同质异谱”现象及其对解译精度的影响,项目从动态纹理表达角度提出新的建模思路,在极化SAR特征建模、遥感变化检测等方面取得系列创新成果。在极化SAR方位角序列建模方面,提出了角度优化处理的四分量分解方法,通过角度扩展的散射模型和优化求解策略,充分利用目标散射响应随角度变化的特性,显著提升了散射机理解译的准确性。在此基础上,开发了基于动态分形纹理的地物分类方法,通过捕捉影像序列在空间和旋转域中的随机自相似性,实现了对目标散射方向多样性的有效建模,在多个典型数据集上取得了优于传统方法的分类效果。为进一步提升特征表达能力,项目设计了复合序列网络和循环注意力网络两种深度学习架构。通过实值和复值双流结构保留了相位信息,并融合极化分解模块增强了对散射特性的感知;引入卷积多头自注意力机制,实现了对方位角序列全局关系的有效建模。这些创新方法在Radarsat-2、AIRSAR等数据集上均展现出优异性能。针对标记数据获取困难的问题,提出了多域融合图网络半监督学习方法。该方法通过空间-特征融合域的样本选择和多模型三元组编码,在仅使用0.003-0.007%标记样本的情况下实现了94.78%-99.24%的高分类精度。同时本项目将动态纹理模型研究应用在变化检测领域,开发了RDP-Net和SRC-Net等多种网络架构,通过细节保持和时空关联建模显著提升了检测精度;同时提出了DAM-Net域适应框架,仅需0.3%的标注数据即可实现有效的跨域迁移。本项目的研究成果为极化SAR数据的动态化表达提供了新的理论方法,在提升解译精度、降低数据依赖等方面具有重要价值。相关技术已在多个数据集上得到验证,可推广应用于城市规划、灾害评估等领域。项目共发表SCI论文9篇(含多篇TOP期刊论文),培养博士、硕士研究生多名,取得了预期的研究目标。
基于Alpha-stable分布的SAR影像建模与分析方法研究
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批准号:40871199
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项目类别:面上项目
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2008
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负责人:徐新
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依托单位:
基于幅-频多分辨率分析的SAR影像中海冰信息提取与分类方法研究
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批准号:40376051
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项目类别:面上项目
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2003
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负责人:徐新
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依托单位:
国内基金
海外基金