極化SAR圖像目標(biāo)分解方法的研究進(jìn)展

張臘梅 段寶龍 鄒 斌

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極化SAR圖像目標(biāo)分解方法的研究進(jìn)展

張臘梅*段寶龍 鄒 斌

(哈爾濱工業(yè)大學(xué) 哈爾濱 150001)

極化合成孔徑雷達(dá)(極化SAR)經(jīng)過近幾年的迅速發(fā)展，已經(jīng)成為遙感領(lǐng)域的一大研究熱點(diǎn)。極化目標(biāo)分解作為極化SAR圖像分析的一種基本手段，所提取的極化信息是極化SAR圖像目標(biāo)檢測(cè)和分類的基礎(chǔ)，在極化SAR圖像解譯中起著關(guān)鍵作用。通過對(duì)近幾年極化目標(biāo)分解方法的發(fā)展作一個(gè)全面的闡述，重點(diǎn)介紹該領(lǐng)域出現(xiàn)的新技術(shù)，使相關(guān)研究人員能夠更清晰地了解這一領(lǐng)域的最新進(jìn)展。

極化合成孔徑雷達(dá)；特征提取；極化目標(biāo)分解

1 引言

作為主動(dòng)式微波遙感成像傳感器的一種，合成孔徑雷達(dá)(SAR)不僅具有全天時(shí)全天候工作的能力，而且具有一定的穿透力，可以反映出地物的結(jié)構(gòu)信息，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。極化合成孔徑雷達(dá)(極化SAR)是建立在傳統(tǒng)SAR系統(tǒng)上的新體制SAR系統(tǒng)，它通過不同極化方式的組合對(duì)物體進(jìn)行全極化測(cè)量，記錄物體的物質(zhì)組成、幾何特征、方位指向等信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體更為全面的描述，能夠針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供所需的具體信息，已經(jīng)成為SAR遙感領(lǐng)域的研究熱門[1,2]。

經(jīng)過近些年的發(fā)展，大量機(jī)載和星載極化SAR系統(tǒng)被應(yīng)用于遙感領(lǐng)域，進(jìn)而越來越多的極化SAR圖像數(shù)據(jù)被獲得，但是目前極化SAR圖像解譯技術(shù)還遠(yuǎn)滯后于信息源的發(fā)展[3,4]，并且由于SAR圖像特有的成像機(jī)理和復(fù)雜的成像環(huán)境也大大增加了圖像解譯的難度。如何對(duì)獲得的極化SAR圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行高效利用、快速而有效地提取出有用的信息，已成為一個(gè)亟待解決的難題。

極化目標(biāo)分解是極化SAR圖像極化特征提取的主要實(shí)現(xiàn)方法[5]，基于切合實(shí)際的物理約束來解譯目標(biāo)的散射機(jī)制，將獲得的極化數(shù)據(jù)分解為若干具有實(shí)際物理意義的參數(shù)，從而方便分析目標(biāo)復(fù)雜的散射過程。還可以將分解得到的參數(shù)應(yīng)用于后續(xù)極化SAR圖像目標(biāo)檢測(cè)和分類，因此，對(duì)極化SAR圖像進(jìn)行目標(biāo)分解的研究并將其應(yīng)用到圖像解譯中具有相當(dāng)重要的意義。本文對(duì)近幾年極化SAR圖像目標(biāo)分解方法進(jìn)行分析和闡釋，方便有關(guān)人員更全面地了解這一技術(shù)的最新發(fā)展。極化目標(biāo)分解理論首先由Huynen提出，自這一獨(dú)創(chuàng)性工作開展以來，多種分解方法相繼被提出，目前，我們將極化目標(biāo)分解理論分為用于描述純目標(biāo)的相干目標(biāo)分解和用于描述分布式目標(biāo)的非相干目標(biāo)分解兩大類。

2 相干目標(biāo)分解

相干目標(biāo)分解是一種主要用于描述純目標(biāo)的分解方法，通過對(duì)純目標(biāo)的極化散射矩陣進(jìn)行加法或乘積分解，提取出一系列能夠較好描述目標(biāo)的極化特征。目前，相干目標(biāo)分解主要包括Pauli分解、Krogager分解、Cameron分解、對(duì)Cameron分解的改進(jìn)、無損的相干目標(biāo)分解以及基于群論的獨(dú)立完整目標(biāo)分解等方法。

Pauli分解是一種加性分解，在單站后向散射情況下，它將極化散射矩陣分解為各向同性奇次散射、各向同性偶次散射和45°旋轉(zhuǎn)的各向同性偶次散射，它們分別對(duì)應(yīng)平面散射、與雷達(dá)飛行方向平行的二面角和與雷達(dá)飛行方向呈45°的二面角。分解得到的3種成分之間相互正交，但是與之對(duì)應(yīng)的目標(biāo)特性并不相互獨(dú)立，只能區(qū)分奇次散射和偶次散射，這在很大程度上限制了它的實(shí)際應(yīng)用，故而Pauli分解結(jié)果通常用作數(shù)據(jù)有效性檢驗(yàn)而不能用作后續(xù)處理的極化特征。

Krogager分解[6,7]在圓極化基的基礎(chǔ)上將極化散射矩陣分解為3個(gè)具有明確物理意義的相干分量之和，分別對(duì)應(yīng)于球散射、二面角散射和螺旋散射(不同情況對(duì)應(yīng)不同螺旋方向)。分解總共得到6個(gè)參數(shù)，包括3個(gè)角度：散射矩陣的絕對(duì)相位，球散射分量對(duì)于二面角散射分量的相移，取向角和3個(gè)分量的散射強(qiáng)度：球散射、二面角散射和螺旋體散射分量的散射強(qiáng)度,和。由于二面角散射和螺旋散射的基互相之間不正交，目標(biāo)矢量之間的正交性不再成立，故各分解參數(shù)不再是基不變的。Krogager分解充分利用了極化SAR數(shù)據(jù)的內(nèi)在相干性，對(duì)高分辨率的極化SAR數(shù)據(jù)應(yīng)用效果較好。

Cameron分解[8,9]建立在目標(biāo)的對(duì)稱性和互易性基礎(chǔ)上，首先將極化散射矩陣分解成互易分量和非互易分量，然后將互易分量進(jìn)一步分解為最大對(duì)稱成分和最小對(duì)稱成分，再通過計(jì)算最大對(duì)稱成分與典型目標(biāo)的相似度來匹配典型目標(biāo)。其中最大對(duì)稱成分具體可分為三面體、二面體、偶極子、圓柱體、窄二面體、1/4波振子以及左螺旋體和右螺旋體這8種成分。由于Cameron分解方法是建立在目標(biāo)互易性和對(duì)稱性的基礎(chǔ)上，并且在分解之前并不進(jìn)行目標(biāo)的對(duì)稱性檢驗(yàn)，故在不滿足對(duì)稱性的雷達(dá)目標(biāo)區(qū)域會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。

針對(duì)Cameron分解中的對(duì)稱目標(biāo)部分，Touzi[10]提出了一種對(duì)稱散射特征化方法(SSCM)。該方法將Cameron分解中的最大對(duì)稱部分用表征部分相干目標(biāo)散射類型的，表征散射矢量方向的，角及三面角和二面角通道的相位差來描述，并通過將歸一化最大對(duì)稱部分表示為龐加萊球角,的函數(shù)，可以更完整地描述單位圓盤和典型目標(biāo)的關(guān)系且減少冗余，能更加準(zhǔn)確地將最大對(duì)稱部分中的極化散射信息提取出來。在此基礎(chǔ)上，Touzi[11]提出了目標(biāo)散射向量模型(TSVM)，用目標(biāo)散射角和4個(gè)與方位向無關(guān)的目標(biāo)參數(shù)()來描述散射特性，這4個(gè)的參數(shù)含義分別如下：螺旋度、最大振幅和描述對(duì)稱散射類型的兩個(gè)極坐標(biāo)。隨后，Touzi[12]將TSVM應(yīng)用到Cloude特征分解，提出了相干目標(biāo)分解TSVM-CTD模型，在單視和多視SAR數(shù)據(jù)區(qū)域都適用。

針對(duì)傳統(tǒng)相干目標(biāo)分解沒有完全獲取極化散射矩陣4個(gè)復(fù)數(shù)所包含的信息，Paladini等人[13,14]對(duì)當(dāng)前的相干目標(biāo)分解方法進(jìn)行了總結(jié)，提出了一種無損目標(biāo)分解方法(LSTD)。該方法充分考慮了目標(biāo)對(duì)稱的充分性、互易的充分性、基選擇的正交性和參數(shù)提取的完整性，通過引入法拉第旋轉(zhuǎn)角[15]，并利用6個(gè)四階特殊酉矩陣將極化散射矩陣分解為8個(gè)具有物理意義的參數(shù)，這8個(gè)參數(shù)分別為：散射能量，極化指向角，奇次-偶次散射度，非互易度，螺旋度，同極化-交叉極化相位差，法拉第旋轉(zhuǎn)角和絕對(duì)相位。無損分解方法在很大程度上減小了由于極化所帶來的傳播畸變，對(duì)于下一代星載全極化SAR有很廣泛的應(yīng)用前景。但是LSTD存在參數(shù)不滿足獨(dú)立性的問題，這是由于只有在對(duì)稱(=0)和互易(=0)的情況下，角才能夠被準(zhǔn)確估計(jì)。

在此基礎(chǔ)上，Zou等人[16]針對(duì)相干目標(biāo)分解信息提取的完整性和提取參數(shù)的獨(dú)立性問題，提出了基于群論的獨(dú)立完整目標(biāo)分解方法(ISTD)。該分解方法利用群論知識(shí)將四階酉矩陣SU(4)表示轉(zhuǎn)換到六階實(shí)正交矩陣SO(6)表示，并通過分析與奇次-偶次散射度量，螺旋度量，非互易度量等參數(shù)有關(guān)的典型目標(biāo)在六階實(shí)正交矩陣中的表征，可以完整地從極化散射矩陣中獲取8個(gè)互相獨(dú)立且具有明確物理意義的參數(shù)。8個(gè)參數(shù)的物理意義與LSTD分解相同，且ISTD同時(shí)滿足目標(biāo)分解的獨(dú)立性與完整性，可以更簡(jiǎn)單直觀地將當(dāng)前散射體歸為典型目標(biāo)，提供更多的地物細(xì)節(jié)，并且在森林區(qū)域，ISTD提取的角不會(huì)被過估計(jì)，這個(gè)特點(diǎn)使得它能夠用來區(qū)分人造目標(biāo)與森林區(qū)域。

研究人員利用UAVSAR, EMISAR和ESAR等典型極化數(shù)據(jù)對(duì)LSTD分解和幾種傳統(tǒng)相干目標(biāo)分解方法進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Krogager分解模型和計(jì)算過程較為簡(jiǎn)單，能夠提取到3個(gè)極化特征，但是3個(gè)特征的組合很難對(duì)地物進(jìn)行細(xì)致的表征。與之相比，ISTD分解可以提供精細(xì)的地物細(xì)節(jié)，能夠更多地區(qū)分地物種類，但是由于模型的復(fù)雜度較高，計(jì)算比Krogager分解復(fù)雜。Cameron分解結(jié)果經(jīng)過一個(gè)判決過程可以將每個(gè)散射體分為三面角、二面角、偶極子、圓柱體、窄極子、1/4波振子、左螺旋和右螺旋中的一個(gè)，由于引入了判決過程，模型相對(duì)復(fù)雜，與之相比，ISTD分解在對(duì)結(jié)果進(jìn)行散射體歸類時(shí)相對(duì)簡(jiǎn)單，能夠直接地將當(dāng)前散射體歸納為某種具體散射類型。TSVM分解和ISTD分解都能提取到角，但是ISTD提取的角不會(huì)過估計(jì)，使這得其能夠很好地應(yīng)用于區(qū)分人造目標(biāo)和森林區(qū)域。

由于相干目標(biāo)分解是基于散射矩陣的分解方法，只能用于描述純目標(biāo)，故近年來的發(fā)展并不多。表1總結(jié)了目前主要的相干目標(biāo)分解方法。

3 非相干目標(biāo)分解

Huynen[17]首次提出了“目標(biāo)信息分解”和分布式目標(biāo)的概念。Huynen分解將輸入的雷達(dá)數(shù)據(jù)分解成一個(gè)平均單一散射目標(biāo)分量和一個(gè)殘留分量，由于引入了分布式目標(biāo)，該方法能夠從雜波環(huán)境中提取出所需目標(biāo)，適用于時(shí)變目標(biāo)的提取。后來發(fā)展的許多分解方法大都以此為基礎(chǔ)。對(duì)分布式目標(biāo)的目標(biāo)分解叫做非相干目標(biāo)分解，主要分為基于Mueller矩陣的非相干目標(biāo)分解、基于協(xié)方差矩陣或相干矩陣的特征值非相干目標(biāo)分解和基于協(xié)方差矩陣或相干矩陣的非相干目標(biāo)分解，也稱作基于散射模型的非相干目標(biāo)分解。

3.1 基于Mueller矩陣的非相干目標(biāo)分解

Van Zyl[18]將目標(biāo)的Mueller矩陣分解為奇次散射、偶次散射和漫散射的線性組合，隨后Dong等人[19]在此基礎(chǔ)上加入了交叉散射，將任意目標(biāo)的散射特性分解為奇次散射、偶次散射、布拉格散射以及交叉散射4種散射機(jī)制的加權(quán)和，并用最小二乘法求取4種成分的最佳組合。國(guó)內(nèi)的王之禹等人[20]將Mueller矩陣分解為奇次散射、偶次散射、體散射以及布拉格散射4種散射機(jī)制。上述分解方法得到的各分量都具有明確的物理意義，且各分量之間統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，可以和真實(shí)地物對(duì)應(yīng)。

雖然這種方法在理論上有特殊意義，但是近年來發(fā)展并不多，沒有得到廣泛應(yīng)用。表2給出了幾種典型的基于Mueller矩陣的目標(biāo)分解方法。

表1 主要相干目標(biāo)分解方法

表2基于Mueller矩陣的目標(biāo)分解方法

3.2 基于特征值分解的非相干目標(biāo)分解

Cloude等人[12]首先開展研究了基于特征值分解的極化目標(biāo)分解，他們提出的算法通過將目標(biāo)相干矩陣進(jìn)行特征值分解并求取最大特征值來確定地物中的主導(dǎo)散射機(jī)制。對(duì)最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量進(jìn)行目標(biāo)分解，可以將目標(biāo)主導(dǎo)散射機(jī)制歸為奇次散射、偶次散射和體散射之一。在此基礎(chǔ)上，Cloude和Pottier[21]用3個(gè)特征向量構(gòu)建出3種純目標(biāo)并將目標(biāo)相干矩陣分解為3種純目標(biāo)的加權(quán)和，特征值描述某種散射在所有散射中所占得權(quán)重，特征向量描述不同的散射過程。由特征值和特征向量獲取到3個(gè)參數(shù)：極化信息熵，極化散射角和各向異性度。的大小代表了散射隨機(jī)性的大小，當(dāng)= 1時(shí)，極化信息為零，目標(biāo)散射完全是一個(gè)隨機(jī)噪聲；的大小反映了分解中相對(duì)較弱的2個(gè)散射分量之間的關(guān)系，在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)>0.7時(shí)，才會(huì)用于散射機(jī)制的識(shí)別；角主要用來識(shí)別目標(biāo)散射機(jī)制，表示目標(biāo)為表面散射，表示目標(biāo)為偶極子散射，表示目標(biāo)為二面角散射。這3個(gè)參數(shù)都與明確的物理特性關(guān)聯(lián)，根據(jù)參數(shù)和, Cloude和Pottier提出了一種基于2維/平面的非監(jiān)督分類方法，其中/平面可以表征所有隨機(jī)散射機(jī)制，在極化SAR圖像分類領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。Cloude-Pottier分解物理意義明確，簡(jiǎn)單易用，能夠區(qū)分自然目標(biāo)，受到相關(guān)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，是一種經(jīng)典的極化目標(biāo)分解方法之一。2010年，清華大學(xué)的An等人[22]提出了一種快速計(jì)算和的方法，該方法通過計(jì)算它們的替代量來計(jì)算參數(shù)和，可以使Cloude-Pottier分解的計(jì)算效率得到很大程度上的提高。

Holm等人[23]也提出了一種基于特征值分解的目標(biāo)分解方法，該方法將觀測(cè)目標(biāo)看作一個(gè)點(diǎn)目標(biāo)和兩個(gè)噪聲的疊加。Holm分解[23]將相干矩陣分解成3個(gè)部分，其中第1部分看作一個(gè)對(duì)應(yīng)穩(wěn)態(tài)目標(biāo)的部分，散射能量較大，認(rèn)為它是該目標(biāo)的主導(dǎo)散射成分；第2部分和第3部分可以看作是噪聲和殘留項(xiàng)。通常，只有第1部分的秩為1，所以只有第1部分可以看作一個(gè)固定目標(biāo)的散射。Van Zyl分解[24]是基于特征值分解和對(duì)稱假設(shè)的分解方法，該方法用協(xié)方差矩陣描述方位向?qū)ΨQ的自然媒質(zhì)，適用于土地和森林等自然目標(biāo)區(qū)域。在Van Zyl分解中，同極化和交叉極化的相干性被假定為0，分解得到的前兩個(gè)特征向量對(duì)應(yīng)的散射過程看作是奇次散射和偶次散射，該分解方法是后續(xù)基于散射模型的目標(biāo)分解方法的基礎(chǔ)。Ainsworth等人[25]提出的基于特征向量的分解方法在圓極化基下，通過定義一組復(fù)旋轉(zhuǎn)變換，同時(shí)保留特征向量的正交性，將特征向量分解為4個(gè)有清晰物理意義的參數(shù)和2個(gè)去極化參數(shù)，分解得到的這6個(gè)參數(shù)互相獨(dú)立。

由特征分解得到的參數(shù)在極化SAR領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用，但是由于這類方法并沒有直接建立特征向量與不同散射機(jī)制之間的關(guān)系，無法獲得散射機(jī)制的功率等參數(shù)。目前基于特征值分解的方法的發(fā)展似乎已經(jīng)進(jìn)入停滯，大多應(yīng)用熵和散射角來分析地物特征，并沒有新的實(shí)用分解方法或參數(shù)被提出來。表3給出了幾種主要的基于特征值分解的目標(biāo)分解方法。

表3基于特征值的分解方法

分解方法分解參數(shù)適用性分析 Cloude-Pottier分解信息熵，散射角和各項(xiàng)異性度方法簡(jiǎn)明易用，能夠區(qū)分自然目標(biāo)，在極化SAR圖像分類方面得到廣泛應(yīng)用 An分解通過替代量快速計(jì)算信息熵和散射角提高了Cloude-Pottier分解的計(jì)算效率 Holm分解得到1個(gè)點(diǎn)目標(biāo)和2個(gè)噪聲適用于靜止目標(biāo)的分析 Van Zyl分解前2個(gè)特征矢量對(duì)應(yīng)的奇次散射和偶次散射適用于土壤、森林等反射對(duì)稱的自然區(qū)域 Anisworth分解4個(gè)有直接物理意義的參數(shù)和2個(gè)去極化參數(shù)能夠得到相位偏移和去極化參數(shù)

3.3 基于散射模型的非相干目標(biāo)分解

Freeman和Durden[26]最先提出這類基于協(xié)方差矩陣或相干矩陣的分解方法，其核心思想是將協(xié)方差矩陣或相干矩陣分解成幾種基本散射模型的疊加。Freeman-Durden分解[26]把極化SAR的協(xié)方差矩陣分解為3個(gè)成分的疊加，分別是粗糙表面的Bragg散射、由二面角反射器得到的偶次散射和由一系列隨機(jī)取向偶極子得到的體散射。Freeman-Durden分解方法并不是完全通過數(shù)學(xué)手段來進(jìn)行的，而是充分利用雷達(dá)散射的物理特性，分解結(jié)果的3種成分有著明確的物理意義。這種方法可以很好地描述自然區(qū)域，在滿足反射對(duì)稱即的區(qū)域得到了較好的應(yīng)用。Freeman-Durden分解是基于散射模型的非相干目標(biāo)分解的基礎(chǔ)，但是該方法存在兩個(gè)假設(shè)，一是假設(shè)了散射中偶極子的旋轉(zhuǎn)是均勻的，這并不符合所有的散射情況；二是假設(shè)了反射對(duì)稱條件的成立。這兩個(gè)假設(shè)極大地限制了該方法的通用性。

針對(duì)人造目標(biāo)不滿足對(duì)稱性的特點(diǎn)，Moriyama等人[27]建立了OEC模型，該模型將后向散射分為奇次散射、偶次散射和交叉散射3種成分，其中奇次散射和偶次散射與Freeman-Durden分解相同，交叉散射包含其余的散射成分并且與交叉極化響應(yīng)有關(guān)。OEC模型不僅適用于自然區(qū)域，還在城鎮(zhèn)區(qū)域得到了較好的應(yīng)用。隨后，Yamaguchi等人[28]在Freeman三成分分解的基礎(chǔ)上，針對(duì)人造目標(biāo)的特點(diǎn)，引入螺旋散射成分，建立了四成分分解模型，該模型能夠應(yīng)用到具有城鎮(zhèn)或者復(fù)雜地形的區(qū)域，相比三成分分解，其適用范圍更加廣泛。后來他們又提出基于相干矩陣的四成分分解方法，結(jié)果與基于協(xié)方差矩陣的分解相同，優(yōu)點(diǎn)在于可以用散射矩陣元素明確地表達(dá)4種成分，定量地進(jìn)行極化SAR圖像解譯。在四成分分解基礎(chǔ)上，Zhang等人[29]針對(duì)建筑物邊緣區(qū)域引入了線散射，提出了多成分分解模型(MCSM)，該模型將協(xié)方差矩陣分解為奇次散射、偶次散射、體散射、螺旋散射和線散射這5種基本散射機(jī)制的加權(quán)和，構(gòu)建了更加普適的散射模型，在人造目標(biāo)檢測(cè)方面獲得了較好的效果。多成分分解相比于其他分解能夠更加細(xì)致地描述地物特征，對(duì)城鎮(zhèn)的識(shí)別度更高，但是同時(shí)計(jì)算過程也變得相對(duì)復(fù)雜。隨后Yamaguchi在論文中給出了基于散射模型目標(biāo)分解的實(shí)現(xiàn)流程，極大地簡(jiǎn)化了計(jì)算過程。

研究人員利用EMISAR和ESAR等典型極化數(shù)據(jù)對(duì)典型的基于散射模型的分解方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和對(duì)比分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)reeman分解和OEC分解模型都是提取到3個(gè)極化特征，模型復(fù)雜度較低且二者計(jì)算效率幾乎相當(dāng)，但是Freeman分解將大部分城鎮(zhèn)區(qū)域識(shí)別錯(cuò)誤，而OEC分解則能夠相對(duì)較好地表征城鎮(zhèn)區(qū)域。四成分分解結(jié)果能夠得到4個(gè)極化特征，相比于Freeman分解更好地識(shí)別出城鎮(zhèn)區(qū)域，但是該模型復(fù)雜度和計(jì)算效率相比于Freeman分解稍差。

表4給出了幾種主要的基于散射模型的分解方法。這類方法能夠獲得不同散射機(jī)制的功率等參數(shù)，物理意義更加明確，具有更高的實(shí)用價(jià)值。但是這類方法同樣存在一些問題，目前仍在解決中。

表4 基于散射模型的非相干目標(biāo)分解

分解方法分解參數(shù)適用性分析 Freeman分解(三成分分解)奇次散射、偶次散射和體散射適用于滿足反射對(duì)稱的自然目標(biāo)，但不能區(qū)分自然區(qū)域和人造目標(biāo) OEC分解奇次散射、偶次散射和交叉散射不僅適用于自然區(qū)域，還適用于建筑物的特征提取 Yamaguchi分解(四成分分解)奇次散射、偶次散射、體散射和螺旋散射適用于非對(duì)稱目標(biāo)區(qū)域，能夠?qū)Τ擎?zhèn)等人造目標(biāo)有較好的表征 多成分分解奇次散射、偶次散射、體散射、螺旋散射和線散射考慮了更多的散射機(jī)制，是一個(gè)更全面的模型，能更好地表征自然區(qū)域和人造目標(biāo)

3.4 基于散射模型的目標(biāo)分解存在的問題及解決

非相干目標(biāo)分解方法主要是將協(xié)方差矩陣和相干矩陣進(jìn)行分解，近年來得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，但這些方法大多基于Cloude特征值分解和Freeman三成分分解，其應(yīng)用都有一定的局限性。2011年，Lee等人[30]對(duì)當(dāng)前基于模型的目標(biāo)分解方法進(jìn)行總結(jié)并指出了這類目標(biāo)分解方法存在的幾個(gè)問題：(1)散射模型選擇尤其是體散射模型選擇困難的問題；(2)存在負(fù)功率問題；(3)體散射過估計(jì)或極化指向角補(bǔ)償問題。其中第1個(gè)問題是因?yàn)閭鹘y(tǒng)目標(biāo)分解方法的體散射模型有限，而實(shí)際體散射過程復(fù)雜，模型并不能總是滿足實(shí)際情況。第2個(gè)問題是由于在傳統(tǒng)基于模型的目標(biāo)分解中沒有加入功率限制，從而導(dǎo)致負(fù)功率的產(chǎn)生。第3個(gè)問題是由于具有旋轉(zhuǎn)的偶次散射在傳統(tǒng)基于模型的目標(biāo)分解方法結(jié)果中表現(xiàn)為體散射為主，必須經(jīng)過極化指向角補(bǔ)償才能夠保證分解結(jié)果的正確性。第3個(gè)問題是這幾個(gè)問題中影響最為嚴(yán)重的一個(gè)。針對(duì)以上3個(gè)問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了大量的改進(jìn)方法。

針對(duì)體散射模型選擇困難問題，Antropov等人[31]在分析森林中散射體不完全滿足方位向?qū)ΨQ性的特點(diǎn)，通過對(duì)實(shí)際的體散射建模得到通用的體散射模型。Antropov等人提出的體散射模型足夠通用，能夠?qū)δ壳按罅康捏w散射建模，并兼容之前提出的多種體散射模型，將其應(yīng)用到ALOS-PALSAR圖像森林應(yīng)用中。Arii等人[32]認(rèn)為之前的基于模型的目標(biāo)分解方法對(duì)體散射模型存在部分假設(shè)，導(dǎo)致體散射模型的數(shù)量不足以滿足所有的體散射情況，同時(shí)基于模型的目標(biāo)分解方法在全幅圖像中利用完全一樣的體散射模型或者僅僅利用很少幾種體散射模型，不符合實(shí)際情況，因此Arii認(rèn)為應(yīng)該對(duì)圖像中不同區(qū)域采用不同的體散射模型。Arii通過計(jì)算圖像中每個(gè)像素的極化指向角和體散射不均勻度來構(gòu)建一個(gè)自適應(yīng)的體散射模型，而且目標(biāo)分解中不需要體散射反射對(duì)稱假設(shè)，使得這種體散射更符合實(shí)際情況，通過最小化殘余量的方式自適應(yīng)選擇模型以達(dá)到目標(biāo)分解的目的。

針對(duì)負(fù)功率問題，Van Zyl等人[33]提到基于模型的目標(biāo)分解方法中存在負(fù)功率問題的起因，提出一種非負(fù)特征值的方法解決負(fù)功率問題。Van Zyl等人提出的基于非負(fù)特征值分解(NNED)的四成分分解方法保證分解后的協(xié)方差矩陣的特征值都是非負(fù)的，聯(lián)合提出的非負(fù)特征值分解去解決當(dāng)前四成分目標(biāo)分解中部分參數(shù)假設(shè)的問題，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基于非負(fù)特征值分解的四成分分解方法不僅在負(fù)功率問題上得到了很好的解決，同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)證明了其能夠有效地控制體散射過估計(jì)的問題。劉高峰等人[34]針對(duì)現(xiàn)有的四成分分解存在相干矩陣不滿足非負(fù)特征值約束(NER)的問題，提出了一種基于層次NER的四成分模型。由于NER問題主要來自于散射功率的過估計(jì)，只需解決余項(xiàng)相干矩陣的NER問題就可以解決所有相干矩陣的NER問題。該模型依次建立了抑制散射功率過估計(jì)的第1層至第4層NER方法，其中后層的NER方法需要分層次的執(zhí)行前層NER方法，最后解決了余項(xiàng)相干矩陣的NER問題。針對(duì)NNED存在的問題，Wang等人[35]提出了一個(gè)“不基于RSA的NNED”，將傳統(tǒng)NNED拓展到反射不對(duì)稱情況，能夠?qū)⑾喔删仃嚨脑厝坷玫?。?jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該方法的結(jié)果在某些情況下，有效地提高了奇次散射功率和偶次散射功率，降低了體散射功率。并且由于該方法不基于RSA，所以無論是解方程還是特征分解的過程計(jì)算量都很可觀。蔡永俊等人[36]提出了一種自適應(yīng)三分量分解模型，該模型考慮了像素中不同旋轉(zhuǎn)角的兩個(gè)面或偶次散射目標(biāo)，然后利用Alpha角決定除體散射外的其他主導(dǎo)機(jī)制，這使面或偶次散射得到了更充分的保持。同時(shí)他們提出了一種針對(duì)負(fù)功率的優(yōu)化措施，使用非負(fù)特征值的替代方法，大大降低了負(fù)功率的出現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，負(fù)功率像素比例從66.2%降低到了2.4%。

針對(duì)體散射過估計(jì)或極化指向角補(bǔ)償問題，目前出現(xiàn)了大量的改進(jìn)方法。An等人[37]分析了負(fù)功率產(chǎn)生的原因和Freeman三成分目標(biāo)分解中體散射過估計(jì)的原因，通過引入極化指向角補(bǔ)償，對(duì)Freeman三成分分解進(jìn)行改進(jìn)，該方法雖然是在解決負(fù)功率的問題，然而實(shí)質(zhì)也是對(duì)體散射過估計(jì)的問題進(jìn)行改進(jìn)，ESAR實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法在旋轉(zhuǎn)建筑物區(qū)域能夠有效地反應(yīng)出建筑物該有的散射特性。Yamaguchi等人[38]在四成分目標(biāo)分解基礎(chǔ)上，通過對(duì)相干矩陣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，解決極化指向角帶來的體散射過估計(jì)的問題[39]，與An分解不同的是指向角推導(dǎo)的過程不同，然而指向角提取的最后公式是一致的，同時(shí)旋轉(zhuǎn)的Yamaguchi分解是四成分分解，比An分解多一個(gè)螺旋散射分量，使得該方法能夠更好地用于人造目標(biāo)區(qū)域，目前已成為廣泛使用的目標(biāo)分解方法之一。Chen等人[40]認(rèn)為體散射過估計(jì)的原因是由于極化指向角補(bǔ)償無效導(dǎo)致的，Yamaguchi和An在極化角估計(jì)時(shí)利用最小化交叉極化項(xiàng)來完成，然而Chen等人認(rèn)為這種估計(jì)方法無法保證偶次散射和奇次散射能夠同時(shí)被補(bǔ)償，因此旋轉(zhuǎn)建筑物會(huì)出現(xiàn)體散射過估計(jì)的問題。Chen分解通過建立通用偶次散射和奇次散射模型來滿足所有可能出現(xiàn)的情況，進(jìn)而提出了一種通用的基于模型的目標(biāo)分解方法，他們利用非線性最優(yōu)求解方法搜索最優(yōu)的分解結(jié)果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了其在具有旋轉(zhuǎn)的建筑物區(qū)域的有效性。Bhattacharya等人[41]通過定義隨機(jī)距離解決體散射過估計(jì)的問題，Bhattacharya等人在提取極化指向角方面也與Yamaguchi和An不同，通過最大化旋轉(zhuǎn)前和旋轉(zhuǎn)后的相干矩陣中的兩個(gè)元素的Hellinger距離來獲取極化指向角，經(jīng)過該極化指向角補(bǔ)償后，旋轉(zhuǎn)建筑物區(qū)域的體散射過估計(jì)的問題得到了有效的抑制，同時(shí)負(fù)功率的問題也得到了一定的解決。閻麗麗等人[42]提出一種適合旋轉(zhuǎn)建筑物的四分量目標(biāo)分解方法，同樣在一定程度上解決了體散射過估計(jì)的問題，可以用來區(qū)分旋轉(zhuǎn)建筑物和植被，該目標(biāo)分解方法對(duì)方位向補(bǔ)償后的相干矩陣進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)，然后構(gòu)造了一種修正的體散射模型既包含純體散射模型又包含旋轉(zhuǎn)二面角散射模型，同時(shí)加入能量限制防止負(fù)功率的產(chǎn)生，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法能夠有效區(qū)分具有旋轉(zhuǎn)的建筑物。Zhang等人[43]結(jié)合基于模型的目標(biāo)分解方法和特征值分解的方法，對(duì)Freeman三成分分解方法體散射過估計(jì)問題也進(jìn)行了改進(jìn)，該目標(biāo)分解方法將兩個(gè)較大的特征值作為表面散射和二次散射模型，并不需要假設(shè)反射對(duì)稱條件，同時(shí)由于散射能量的計(jì)算是一個(gè)線性組合問題，因此其具有旋轉(zhuǎn)不變特性，由于加入了散射能量約束使得其解決了負(fù)功率問題。車美琴等人[44]提出一種利用目標(biāo)散射矢量模型(TSVM)生成的選擇不變極化參數(shù)組合提取城市區(qū)域建筑、道路、橋梁等典型人造目標(biāo)的方法，該方法利用目標(biāo)散射矢量模型分解和Relief特征選擇算法提取出描述對(duì)稱性的旋轉(zhuǎn)不變極化參數(shù)和描述散射機(jī)制的散射角旋轉(zhuǎn)不變極化參數(shù)，然后將得到的特征進(jìn)一步利用。結(jié)果證明，該方法的檢測(cè)精度比利用生物物理組合指數(shù)(BCI)方法提升了10%以上。范慶輝等人[45]通過引入極化相似度量，在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)上自適應(yīng)地對(duì)基本散射機(jī)制的最優(yōu)匹配模型進(jìn)行選擇，以各階次剩余矩陣能量非負(fù)為約束，根據(jù)極化相似度量來決定基本散射機(jī)制散射能量提取的順序，極大地改善了體散射能量過估計(jì)的問題。殷君君等人[46]對(duì)Lee提出的3個(gè)問題都進(jìn)行了分析，提出了一種改進(jìn)的四成分分解方法，先通過極化指向角進(jìn)行提取，利用極化指向角減小隨機(jī)取向?qū)Ω魃⑸浞至康挠绊?，進(jìn)而通過構(gòu)建新的體散射模型對(duì)目標(biāo)進(jìn)行四成分分解，能夠有效提高地物的分類結(jié)果。

4 結(jié)束語

極化SAR技術(shù)利用獲取到的全極化信息來分析目標(biāo)的物質(zhì)組成、幾何結(jié)構(gòu)等特性，它的出現(xiàn)大大拓寬了SAR的應(yīng)用領(lǐng)域。目前，各國(guó)對(duì)極化SAR系統(tǒng)的發(fā)展都投入了大量的人力和物力，獲取到的遙感圖像數(shù)據(jù)也越來越多，如何快速有效地對(duì)極化SAR圖像進(jìn)行解譯是一個(gè)重要的研究方向。目標(biāo)分解技術(shù)作為極化SAR圖像解譯的基本手段，后續(xù)的分類和目標(biāo)檢測(cè)都是以分解結(jié)果作為輸入，對(duì)其進(jìn)行研究有很大的必要性。但是從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，尚存在一些問題，而對(duì)這些問題的解決則代表了這一領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)[47]。

不論是相干目標(biāo)分解和非相干目標(biāo)分解，都或多或少存在問題，只能在一定條件下適用。由于相干目標(biāo)分解只能描述純目標(biāo)，這使得關(guān)于它的發(fā)展并不是很多，但是隨著高分辨率極化SAR系統(tǒng)的應(yīng)用，圖像中同一分辨單元內(nèi)不同散射體個(gè)數(shù)會(huì)明顯減少，使得在低分辨率極化SAR圖像中表現(xiàn)為分布式目標(biāo)的散射體有可能在高分辨率極化SAR圖像中表現(xiàn)為純目標(biāo)，此時(shí)若繼續(xù)采用基于統(tǒng)計(jì)平均的非相干目標(biāo)分解來進(jìn)行特征提取有可能導(dǎo)致目標(biāo)細(xì)節(jié)信息的丟失。故隨著極化SAR圖像分辨率的提升，為了更加準(zhǔn)確地從高分辨率極化SAR圖像中提取特征，對(duì)相干目標(biāo)分解的深入研究有著重要意義。對(duì)于分布式目標(biāo)，可以用非相干目標(biāo)分解來描述其特性。近年來，大量的非相干目標(biāo)分解方法涌現(xiàn)出來，它們大都是針對(duì)Cloude特征值分解和Freeman分解存在的問題進(jìn)行改進(jìn)，這些方法取得了一定的效果，尤其是在人造目標(biāo)區(qū)域得到了較多應(yīng)用。然而，對(duì)極化方位角偏移、散射類型復(fù)雜多樣以及弱后向散射地物區(qū)分困難等問題仍然很難處理，如何解決這些問題，找到一種快速而有效的目標(biāo)分解方法，將是未來工作的重點(diǎn)。

目前，目標(biāo)分解技術(shù)對(duì)極化SAR數(shù)據(jù)中的信息挖掘還不夠充分，特別是針對(duì)多頻段數(shù)據(jù)的研究較少。多頻段極化SAR系統(tǒng)中測(cè)量數(shù)據(jù)包含了豐富的信息，針對(duì)同一目標(biāo)，在不同頻段極化SAR圖像中表現(xiàn)出不同的散射行為，而且目標(biāo)的紋理等幾何特征也與雷達(dá)波長(zhǎng)有關(guān)[48]。而不同目標(biāo)在不同波段的散射行為也是不同的。因此，針對(duì)多頻段極化SAR數(shù)據(jù)的目標(biāo)分解可以提取出更多有用的極化信息，具有研究?jī)r(jià)值?，F(xiàn)有的目標(biāo)分解多是針對(duì)單波段進(jìn)行研究，如何建立一種能夠描述多個(gè)頻段的散射模型將是未來發(fā)展的方向之一。此外，利用極化干涉SAR數(shù)據(jù)不僅能夠獲得目標(biāo)物理幾何特性，還能夠獲得目標(biāo)高程信息，而提取特征的準(zhǔn)確度直接影響了對(duì)于目標(biāo)高度的估計(jì)結(jié)果。隨著極化干涉SAR的發(fā)展，利用目標(biāo)分解技術(shù)對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取也備受關(guān)注。Ballester-Berman和Lpoez-Sanchez[49]首先將Freeman三分量分解引入到極化干涉SAR中，隨后的Minh等人[50]都對(duì)此問題進(jìn)行了有意義的嘗試，提出了一些基于極化目標(biāo)分解進(jìn)行目標(biāo)高程信息提取的方法。因此適用于極化干涉SAR圖像的目標(biāo)分解方法也是未來的發(fā)展需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 王振力, 鐘海. 國(guó)外先進(jìn)星載SAR衛(wèi)星的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用[J]. 國(guó)防科技, 2016, 37(1): 19-24. doi: 10.13943/j.issn1671-4547. 2016.01.06.

WANG Zhenli and ZHONG Hai. The nowadays development and application of oversea advanced space borne SARS[J].&, 2016, 37(1): 19-24. doi: 10.13943/j.issn1671-4547.2016.01.06.

[2] CHEN F, LASAPONARA R, and MASINI N. An overview of satellite synthetic aperture radar remote sensing in archaeology: From site detection to monitoring[J]., 2015, 2015: 1-7. doi: 10.1016/j.culher. 2015.05.003.

[3] YANG J, YAMAGUCHI Y, LEE J S,. Applications of polarimetric SAR[J]., 2015, 2015: 1-2. doi: 10.1155/2015/316391.

[4] 陳曦, 吳濤, 陶利, 等. 極化SAR發(fā)展需求及其目標(biāo)識(shí)別關(guān)鍵技術(shù)[J]. 科技視界, 2015, (16): 21-22.

CHEN Xi, WU Tao, TAO Li,. Development needs of polarimetric SAR and key technology of target recognition[J].&, 2015, (16): 21-22.

[5] JAWAK S D, BIDAWE T G, and LUIS A J. A review on applications of imaging synthetic aperture radar with a special focus on cryospheric studies[J]., 2015, 4(2): 163-175. doi: 10.4236/ars.2015.42014.

[6] KROGAGER E. Aspects of polarimetric radar imaging[D]. [Ph.D. dissertation], TUD, Lyngby, Denmark, 1993.

[7] KROGAGER E and CZYZ Z H. Properties of the sphere, diplane, helix decomposition[C]. Proceedings of JIPR'95, Nantes, France, 1995: 106-114.

[8] CAMERON W L and LEUNG L K. Feature motivated polarization scattering matrix decomposition[C]. IEEE International Radar Conference, Arlington, VA, 1990: 549-557.

[9] CAMERON W L, YOUSSEF N N, and LEUNG L K. Simulated polarimetric signatures of primitive geometrical shapes[J]., 1996, 34(3): 793-803.

[10] TOUZI R. Characterization of target symmetric scattering using polarimetric SARs[J]., 2002, 40(11): 2507-2516.

[11] TOUZI R. Target scattering decomposition of one-look and multi-look SAR data using a new coherent scattering model: The TSVM[C]. IEEE International Geosience and Remote Sensing Symposium, Alaska, USA, 2004: 2491-2494.

[12] CLOUDE S R and POTTIER E. A review of target decomposition theorems in radar polarimetry[J]., 1996, 34(2): 498-518.

[13] PALADINI R, MARTORELLA M, and BERIZZI F. Classification of man-made targets via invariant coherency- matrix eigenvector decomposition of polarimetric SAR/ISAR images[J]., 2011, 49(8): 3022-3034. doi: 10.1109/TGRS.2011. 2116121.

[14] PALADINI R, FERRO F L, POTTIER E,. Lossless and sufficient-invariant decomposition of random reciprocal target[J]., 2012, 50(9): 3487-3501. doi: 10.1109/TGRS.2011. 2181397.

[15] FREEMAN A. Calibration of linearly polarized polarimetric SAR data subject to faraday rotation[J]., 2004, 42(8): 1617-1624. doi: 10.1109/TGRS.2004.830161.

[16] ZOU B, LU D, ZHANG L,. Eigen-decomposition-based four-component decomposition for PolSAR data[J]., 2016, 9(3): 1286-1296. doi: 10.1109/ JSTARS.2015.2513161.

[17] HUYNEN J R. Phenomenological theory of radar targets[D]. [Ph.D. dissertation], University of Technology, 1970.

[18] VAN ZYL J J. Unsupervised classification of scattering behavior using radar polarimetry data[J]., 1989, 27(1): 36-45.

[19] DONG Y, FROSTER B C, and TICEHURST C. A new decomposition of radar polarization signatures[J]., 1998, 36(3): 933-939.

[20] 王之禹, 朱敏惠, 白有天. 基于散射模型的極化SAR數(shù)據(jù)分解[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 2001, 23(10): 954-961.

WANG Zhiyu, ZHU Minhui, and BAI Youtian. Decomposition of Polarimetric SAR data model[J].&, 2001, 23(10): 954-961.

[21] CLOUDE S R and POTTIER E. An entropy based classification scheme for land applications of polarimetric SAR[J]., 1997, 35(1): 68-78.

[22] AN W, CUI Y, YANG J,. Fast alternatives to H/alpha for polarimetric SAR[J]., 2010, 7(2): 343-347. doi: 10.1109/LGRS.2009. 2035135.

[23] HOLM W A and BAMES R M. On radar polarization mixed target state decomposition techniques[C]. Proceedings of the IEEE National Radar Conference, Dallas, Texas, USA, 1988: 249-254.

[24] VAN ZYL J J. Application of Cloude’s target decomposition theorem to polarimetric imaging radar data[C]. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, San Diego, CA, USA, 1993: 184-191.

[25] AINSWORTH T L, CLOUDE S R, and LEE J S. Eigenvector analysis of polarimetric SAR data[C]. IEEE International Geosience and Remote Sensing Symposium, Toronto, Canada, 2002, Vol.1: 626-628.

[26] FREEMAN A and DURDEN S. A Three-component scattering model to describe polarimetric SAR data[C]. Proceedings SPZE Conference on Radar Polarimetry, San Diego, CA, USA, 1993: 213-224.

[27] MORIYAMA T, URATSUKA S, UMEHARA T,. Polarimetric SAR image analysis using model fit for urban structures[J]., 2005, 88(3): 1234-1243.

[28] YAMAGUCHI Y, MORIYAMA T, ISHIDO M,. Four-component scattering model for polarimetric SAR image decomposition[J]., 2005, 43(8): 1699-1706. doi: 10.1109/TGRS. 2005.852084.

[29] ZHANG L, ZOU B, CAI H,. Multiple-component scattering model for polarimetric SAR image decomposition [J]., 2008, 5(4): 603-607. doi: 10.1109/LGRS.2008.2000795.

[30] LEE J S, AINSWORTH T L, and WANG Y. Recent advances in scattering model-based decompositions: An overview[C]. IEEE International Geoscience & Remote Sensing Symposium (IGARSS'11), Vancouver, BC, Canada, 2011: 9-12.

[31] ANTROPOV O, RAUSTE Y, and HAME T. Volume scattering modeling in PolSAR decompositions: Study of ALOS PALSAR data over boreal forest[J]., 2011, 49(10): 3838-3848. doi: 10.1109/TGRS.2011.2138146.

[32] ARII M, VAN ZYL J J, and KIM Y. Adaptive model-based decomposition of polarimetric SAR covariance matrices[J]., 2011, 49(3): 1104-1113. doi: 10.1109/TGRS.2010.2076285.

[33] VAN ZYL J J, ARII M, and KIM Y. Model-based decomposition of polarimetric SAR covariance matrices constrained for nonnegative eigenvalues[J]., 2011, 49(9): 3452-3459. doi: 10.1109/TGRS.2011.2128325.

[34] 劉高峰, 李明, 王亞軍, 等. 基于層次非負(fù)特征值約束的Yamaguchi分解[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 2013, 35(11): 2678-2685. doi: 10.3724/SP.J.1146.2012.01381.

LIU Gaofeng, LI Ming, WANG Yajun,. Yamaguchi decomposition based on hierarchical nonnegative eigenvalue restriction[J].&, 2013, 35(11): 2678-2685. doi: 10.3724/SP.J.1146. 2012.01381.

[35] WANG C, YU W, WANG R,. Comparison of nonnegative eigenvalue decompositions with and without reflection symmetry assumptions[J]., 2014, 52(4): 2278-2287. doi: 10.1109/TGRS.2013.2259177.

[36] 蔡永俊, 張祥坤, 姜景山. 極化SAR自適應(yīng)三分量分解方法[J]. 測(cè)繪學(xué)報(bào), 2016, 45(9): 1089-1095. doi: 10.11947/j.AGCS. 2016.20150533.

CAI Yongjun, ZHANG Xiangkun, and JIANG Jingshan. Adaptive three-component decomposition approach for polarimetric SAR data[J]., 2016, 45(9): 1089-1095. doi: 10.11947/j.AGCS.2016. 20150533.

[37] AN W, CUI Y, and YANG J. Three-component model-based decomposition for polarimetric SAR data[J]., 2010, 48(6): 2732-2739. doi: 10.1109/TGRS.2010.2041242.

[38] YAMAGUCHI Y, SATO A, BOERNER W M,. Four-component scattering power decomposition with rotation of coherency matrix[J]., 2011, 49(6): 2251-2258.

[39] SUGIMOTO M, OUCHI K, and NAKAMURA Y. Four-component scattering power decomposition algorithm with rotation of covariance matrix using ALOS-PALSAR polarimetric data[J]., 2012, 4(8): 2199-2209. doi: 10.3390/rs4082199.

[40] CHEN S W, WANG X S, XIAO S P,. General polarimetric model-based decomposition for coherency matrix[J]., 2014, 52(3): 1843-1855.

[41] BHATTACHARYA A, MUHURI A, DE S,. Modifying the yamaguchi four-component decomposition scattering powers using a stochastic distance[J].&, 2015, 8(7): 3497-3506. doi: 10.1109/JSTARS.2015. 2420683.

[42] 閆麗麗, 張繼賢, 高井祥, 等. 一種適合方位建筑物的基于物理散射模型的極化SAR影像四分量分解方法[J]. 電子學(xué)報(bào), 2015, 43(1): 203-208. doi: 10.3969/j.issn.0372-2112.2015.01. 032.

YAN Lili, ZHANG Jixian, GAO Jingxiang,. Four- Component model-based decomposition of Polarimetric SAR data for oriented urban buildings[J]., 2015, 43(1): 203-208. doi: 10.3969/j.issn.0372-2112.2015.01. 032.

[43] SHUANG Z, SHUANG W, LI-CHENG R,. A novel hybrid Freeman/eigenvalue decomposition with general scattering models[J].&, 2015, 34(3): 265-270. doi: 10.11972/j.issn.1001-9014.2015.03. 002.

CHE Meiqin, SAMAT A, DU Peijun,. Urban man-made target extraction from Quad-PolSAR imagery with roll-invariant parameters[J]., 2016, 20(2): 303-314. doi: 10.11834/jrs.20165098.

[45] 范慶輝, 盧紅喜, 保錚, 等. 基于半正定約束的極化相似度最優(yōu)模型匹配目標(biāo)分解[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 2015, 37(8): 1821-1827. doi: 10.11999/JEIT141468.

FAN Qinghui, LU Hongxi, BAO Zheng,. Positive- semidefinite based target decomposition using optimal model-matching with polarization similarity[J].&, 2015, 37(8): 1821-1827. doi: 10.11999/JEIT141468.

[46] 殷君君, 安文韜, 楊健, 等. 一種改進(jìn)的極化SAR圖像四成分分解方法[J]. 信息與電子工程, 2011, 9(2): 127-132.

YIN Junjun, AN Wentao, YANG Jian,. A modified four- component model-based scattering decomposition method of polarimetric SAR images[J].&, 2011, 9(2): 127-132.

[47] 李春升, 王偉杰, 王鵬波, 等. 星載SAR技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 2016, 38(1): 229-240. doi: 10.11999/ JEIT151116.

LI Chunsheng, WANG Weijie, WANG Pengbo,. Current situation and development trends of spaceborne SAR technology[J].&, 2016, 38(1): 229-240. doi: 10.11999/JEIT151116.

[48] BOERNER W M. The development of multi-band equatorial orbiting POLSAR satellite sensors[C]. IEEE International Conference on Aerospace Electronics & Remotes Sensing Technology, Yogyakarta, Indonesia, 2014: 127-131.

[49] BALLESTER-BERMAN J D and LOPEZ-SANCHEZ J M. Applying the Freeman-Durden decomposition concept to polarimetric SAR interferometry[J]., 2010, 48(1): 466-479. doi: 10.1109/TGRS.2009.2024304.

[50] MINH N P, ZOU B, CAI H,. Forest height estimation from mountain forest areas using general model-based decomposition for PolInSAR image[J]., 2014, 8(1): 083676, doi: 10.1117/1.JRS.8. 083676.

張臘梅： 女，1980年生，副教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)闃O化SAR圖像信息提取.

段寶龍： 男，1992年生，碩士生，研究方向?yàn)闃O化SAR圖像處理.

鄒 斌： 男，1968年生，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)檫b感圖像處理.

Research Development on Target Decomposition Method of Polarimetric SAR Image

ZHANG Lamei DUAN Baolong ZOU Bin

(,150001,)

Polarimetric Synthetic Aperture Radar (Polarimetric SAR) has become a hot research topic in the field of remote sensing with the rapid development in recent years. Polarimetric target decomposition is a basic method for Polarimetric SAR image analysis, and plays a key role in Polarimetric SAR image interpretation, the extracted features from polarimetric target decomposition is the basis of target detection and image classification using Polarimetric SAR image. In this paper, through expositing the development of polarimetric target decomposition as well as the new technologies in recent years comprehensively, the relevant researchers can understand the latest progress in this field clearly.

Polarimetric SAR; Feature extraction; Polarimetric target decomposition

TN958

A

1009-5896(2016)12-3289-09

10.11999/JEIT160992

2016-09-29；改回日期：2016-11-14；

2016-12-13

張臘梅 lmzhang@hit.edu.cn

國(guó)家自然科學(xué)基金(61401124)，黑龍江省博士后科研啟動(dòng)基金(LBH-Q13069)

The National Natural Science Foundation of China (61401124), The Postdoctoral Scientific Research Developmental Foundation of Heilongjiang Province (LBH- Q13069)