高分辨率SAR图像目标阴影机理分析与精细化处理研究

To understand the information of the shadow in the image is of great help for Synthetic Aperture Radar (SAR) image interpretation and target recognition. With the high resolution, a new phenomenon is observed in the SAR image: the edge of the shadow region is blurring, and this reveals that the specialty of the shadow is appearing step by step with the special principle of the SAR. Recently, there is a lack of the work focusing on the principle of the shadow with the SAR sensor, furthermore, the influences on the property of the shadow brought by the movement of the sensor during the data collected can not be understood clearly. To understand and make a good use of the performance of the shadow, the analysis on the shadow in the SAR image is strongly needed by using SAR perspective. This project plans to make a research on the shadow of the SAR image with high resolution. The principle of the formation of the shadow will be analyzed by considering the influences on the shadow during the SAR data collected brought by the variation of some factors, including lay over region, shielding, scattering, etc. Furthermore, we will provide a novel processing approach to focus the edge of the shadow and also understand the relationship of the property of the shadow and the caster. Then the research will be made on the estimation of the parameters of the target with the shadow information in the SAR image. The work with this project is related to the principle the SAR, the SAR imaging algorithm and the scattering, and it will have innovation. This work is of some help for both the application of the shadow in SAR target recognition and the SAR image interpretation.

阴影特征的理解与挖掘对于SAR图像解译和目标识别工作具有重要的意义。随着分辨率的提高，SAR图像中阴影出现了边界模糊的新现象，这揭示了SAR体制下阴影特征的特殊性逐渐显现出来，然而，目前的研究缺乏针对SAR体制下的阴影形成机理的分析，SAR收集数据时的运动过程给阴影特征带来的影响基本处于研究空白，为了理解和有效利用SAR图像中的阴影信息，亟待开展以“SAR视角”的阴影分析工作。本项目将面向高分辨率SAR图像，分析叠掩、遮挡、散射等因素在SAR回波生成中的变化对阴影特征的影响，系统地研究SAR体制下的阴影形成机理；建立SAR图像阴影边界的聚焦方法；理解阴影特征与目标参数的关系；并开展SAR图像目标参数提取研究。本项目的研究涉及SAR工作原理、成像算法、目标散射三个方面，具有创新性，有利于推动阴影信息在目标识别中的应用，辅助SAR图像解译。

本项目围绕高分辨率下SAR图像阴影边界呈现的模糊问题展开研究和分析。旨在分析SAR观测参数和目标参数对阴影特征的影响，系统地研究SAR体制下的阴影形成机理；建立SAR图像阴影边界的聚焦方法；理解阴影特征与目标参数的关系；并开展SAR图像目标参数提取研究。.实际完成的具体研究成果主要有以下三个方面：.(1).SAR图像阴影形成机理研究.针对SAR图像阴影边缘模糊现象，推导了阴影边界模糊所对应的误差模型，建立了成像处理过程中的每个步骤所对应的阴影边界散焦误差与雷达参数的数值关系模型，通过仿真实验验证了分析的有效性。该内容发表EI论文一篇。.(2).SAR图像阴影边界聚焦方法研究.针对线状目标给出了基于高度补偿的聚焦方法，提出利用滤波器组实现阴影区域边界增强的方法，并针对Mini-SAR电线杆目标、Terra-SAR风车目标完成了相应的验证；针对矩形目标和近似平顶体目标，提出了基于CFAR检测和迭代优化的阴影边界锐化算法，针对Mini-SAR数据进行了实验，验证了方法的有效性。该研究内容发表EI论文三篇；开发软件插件一个。.(3).基于阴影聚焦预处理的目标几何参数提取方法研究.针对矩形建筑物的几何参数及SAR成像参数，推导分析了阴影区域、单次、多次散射区域在斜距分布映射模型，并研究了基于阴影区域和单次、多次散射几何特征在目标参数提取中的反演方法。利用Terra-SAR数据的建筑物目标验证了模型和所述方法的有效性。该研究内容发表SCI论文一篇、EI论文一篇。.总结本项目的工作，围绕高分辨率SAR图像中阴影边界模糊问题，理论上给出了阴影边界模糊与雷达参数、目标参数的关系模型，并建立了阴影边界聚焦处理方法，研究了基于增强阴影边界的建筑物目标参数提取方法，这些研究为SAR图像解译、目标特征提取和参数反演领域的应用能力提高具有一定的推动作用。本项目相关研究成果开发软件插件一个，发表论文6篇，其中EI论文5篇，SCI论文1篇。培养硕士研究生、博士研究生各一名。