第六章 极化sar 第三节

⎡−1
⎢ ⎣
0
0⎤ 1⎥⎦
二面角反射器
5
左旋螺旋体
左旋螺旋体
⎡1 0 0 1⎤
Kl
=
1 ⎢⎢0 4 ⎢0
0 0
0 0
0⎥⎥ 0⎥
⎢⎣1 0 0 1⎥⎦
Sl
=
1 2
⎡− 1
⎢ ⎣
i
i⎤ 1⎥⎦
⎡ 1 − i − i 1⎤
Cl
=
1 ⎢⎢− i 4 ⎢− i
1 1
1 i⎥⎥ 1 i⎥
⎢⎣−1 − i − i 1⎥⎦
Pd
Pv
Ps
Freeman-Wishart分类
37
Freeman-Wishart分类 2.极化SAR监督分类
38
Wishart分类器
Wishart分类器流程图
开始
初始输入M个聚类
计算每个聚类的相 干矩阵均值
对于每个像素分配 给最小距离的聚类
否
是否收敛？
是
结束
39
Wishart分类器 Wishart分类器
40
Wishart分类器 Wishart分类器
41
42
3
∑ H = − Pi log 3 Pi i =1
∑ P i =
λi λj
j
27
反熵(Anisotropy)
H/a分类
区域1：高熵多次散射； 区域2：高熵偶极子散射； 区域3：中熵多次散射； 区域4：中熵植被散射； 区域5：中熵表面散射； 区域6：低熵多次散射； 区域7：低熵偶极子散射； 区域8：低熵表面散射。
9 体散射，冠层散射体的模型是一组方向随机的偶极子; 9 偶次散射，其模型是一个两面角反射器; 9 单次散射，其模型是一阶布拉格表面散射体.
35
Freeman-Wishart分类
Freeman分解将测量到的协方差矩阵 [C 3 ]表示如下
[C3 ] = [C3 ] v + [C3 ] d + [C3 ] s
] sin α i sin βieiγi T
极化Cloude分解
散射角 α 对应着从表面散射( α = 0o)到偶极子散射 (α = 90o)到二面角散射(α = 45o)的变化
25
26
极化Cloude分解
熵( 0 ≤ H ≤ 1)表示散射媒质从
各向同性散射(H=0)到完全随机 散射(H=1)的随机性。其定义如 下
左旋螺旋体
6
右旋螺旋体
右旋螺旋体
⎡ 1 0 0 −1⎤
Kr
=
1
⎢ ⎢
4⎢
0 0
00 00
0
⎥ ⎥
0⎥
⎢⎣−1 0 0
1
⎥
− i⎤ 1 ⎥⎦
⎡ 1 − i − i −1⎤
Cr
=
1
⎢ ⎢
4⎢
i i
1 1
1 − i⎥⎥ 1 − i⎥
⎢⎣−1 i
i
1
⎥ ⎦
右旋螺旋体
7
四.极化雷达天线系统
≈0
典型代表?
where, β = RH RV
15
漫散射(Bragg)模型
偶次散射模型
Shh ≥ Shv
Svv ≥ Shv
( ) ( ) ℜ
S
* hh
S
vv
≥ Shv 2
Phase
S
* hh
S
vv
≈π
典型代表?
⎜⎛ α 2 0 0 α ⎟⎞
⎜ C =⎜
⎜
0 0
0 0 0⎟
0
0
0
⎟ ⎟
⎜⎝ α * 0 0 1 ⎟⎠
23
24
极化Cloude分解
根据分解理论，可以将相干矩阵[T]分解成三个相干矩阵 的总和
3
[ ] ∑ [ ] T = λn Tn = λ1e1e1*T + λ2e2e2*T + λ3e3e3*T n=1
9 其中 λ i 和 ei 分别表示特征值和特征向量。
特征向量可以写成
[ ei = eiφi cosα i sin α i cos βi eiδi
旧金山海湾地区Pauli分解合成图
H/a-Wishart分类结果
31
H/a-Wishart分类
熵H提供了在同一分辨单元内总散射机制的信息。然而，对于低 熵或中等熵，不能提供有关两个较小特征值之间关系的信息。
32
H/a/A-Wishart分类器
33
H/a/A-Wishart分类器
开始 输入H/分类结果
19
海洋的极化响应 植被的极化响应
20
城区的极化响应 不同波段的影响
21
八.极化SAR分类 1.极化SAR非监督分类
22
散射矩阵的相干分解方法的主要思想是将任意散 射矩阵表示成基本目标的散射矩阵之和的形式， 这些基本散射矩阵可以与某种确定的散射机理联 系起来
[S
]
=
k
∑
ci
[S
]i
i =1
16
偶次散射模型
体散射模型
( ) Phase
S
* hh
Svv
≈π
Shh ≥ Shv
( ) ℜ
S
* hh
S
vv
≥ Shv 2
Svv ≥ Shv
( ) Phase
S
* hh
S
vv
≈ uniform[0,π ]
典型代表?
( ) ℜ
S
* hh
Svv
≥ Shv 2
17
体散射模型
全极化图像的理解
18
全极化图像的理解
极化信号图是一种三维图，在一定程度上 反映了目标在特定极化组合下产生的回波 功率的变化情况。
根据收发天线之间的极化状态，通常有共极化信号图与交叉 极化信号图。
根据收发天线之间的极化状
态，通常有共极化信号图与交 叉极化信号图。
±π 4
极化方 位角
极化椭圆率角
X=0表示所有的线性极化，同
Ψ = 0或π HH极化 极
五.地物极化特性的理解
13
奇次散射
典型代表?
14
奇次散射
漫散射(Bragg)模型
( ) ( ) Shh ≥ Shv Svv
≥
Shv
;
ℜ
S
* hh
Svv
≥
Shv
2
Phase
S
* hh
S
vv
≈0
Shh ≥ Shv
( ) ℜ
S
* hh
S
vv
≥ Shv 2
Svv ≥ Shv
( ) Phase
S
* hh
Svv
机载极化雷达系统包括双极化天 线、单通道发射机、四通道接收 机和数字记录器，其中数字记录 器能合成极化响应。 在天线设计中，为了获得所需的 辐射方向特性，常使用天线阵。 它是将一些天线按一定位置排列 而形成的，并且各天线中电流的 相位也不同。由天线阵发送出去 的电磁波中，电场强度可分解为 两个相互垂直的分量。直线型天 线产生线性极化波，螺旋型天线 产生圆极化波。 目前大部分极化雷达都设计有水 平极化天线和V极化天线，以极 短的时间交替并同时接收，以便 测量散射矩阵的四个元素值。
内容纲要
一.电磁波极化特征及其表征 二.目标极化散射特性的表征 三.极化响应 四.极化雷达天线系统 五.地物极化特性的理解 六.极化SAR分类
三.极化响应图
1
极化信号图
极化响应又称极化特征，是描述地面散射 体任意极化状态下散射特性的曲面或曲 线。
极化响应与光学遥感中的光谱响应类似， 是分析地物散射的基础。
Ψ=π 2
VV极化
化 波
x= ± π 表示所有的圆极化。 4 VH极化波 交叉极 HV极化波 化波
2
极化响应基座即散射系数最小值点与零值平面之间的距 离。极化响应基座反映极化度的大小。
理想导电体的基座高度为0，说明极化度为1；自然界地物 极化响应的基座高度越高，说明极化度越小，HH与VV信 号的相关性越小，交叉极化越大，也就是多重散射的成份 越多。
Wishart分类器 输入参数A(A>0.5为一 类，A<0.5为另一类)
Wishart分类器 得到最终分类图
结束
H/a/A-Wishart分类器
34
Freeman-Wishart分类
极化SAR分类
9 Complex Wishart distribution(Lee et al.,1994) 9 Wishart+Entropy/Alpha(Lee et al.,1999) 9 Wishart+Entropy/Alpha/Anisotropy(Pottier and Lee,2000) 9 不足：Wishart分类器是统计算子。不同散射机制的像素可能混
⎡ 1 0 1/ 3⎤
[C3 ] V
=
f
v
⎢ ⎢
0
2/3
0
⎥ ⎥
⎢⎣1/ 3 0 1 ⎥⎦
⎡α 2
[C 3 ] d
=
⎢ fd ⎢
0
⎢ ⎣
α
*
0 α⎤
⎥
0 0⎥
0
1
⎥ ⎦
⎡β 2 0 β⎤
[C 3 ] s
=
⎢ fs ⎢
0
⎥ 0 0⎥
⎢ ⎣
β
*
0
1
⎥ ⎦
Freeman-Wishart分类流程图
36
Freeman-Wishart分类
合在同一类中。
新方法
9 保持每个像素的散射特性，基于Freeman and Durden分解：