Detecção de alvos no mar em imagens SAR explorando recursos da polarimetria compacta em modo híbrido

• Main Author: Rafael Lemos Paes
• Other Authors: João Antonio Lorenzzetti
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) 2015
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2016/02.22.17.48

No presente estudo, a detecção de alvos metálicos no mar através de imagens SAR orbitais será estudada através de novos recursos polarimétricos. A Polarimetria Compacta consiste na transmissão de uma única onda com polarização diferente dos sentidos horizontal e vertical e na recepção em duas bases ortogonais e coerentes. A principal vantagem deste modo de imageamento é que permite que uma área maior em superfície seja coberta, porém proporcionando praticamente as mesmas informações obtidas em um modo full-pol, o qual apresenta a restrição de cobrir pequenas áreas. Assim, a exploração desta tecnologia em atividades de monitoramento de grandes áreas como as oceânicas são de grande interesse para a comunidade cientifica. Este estudo mostrará como algumas arquiteturas em Polarimetria Compacta poderão ser emuladas a partir de dados full-polarimétricos, além da geração de parâmetros polarimétricos. A arquitetura Modo Híbrido será explorada e analisada. Através da detecção destes alvos por meio da técnica de limiarização global mostrar-se-á a robustez de tais parâmetros para tal proposito. Adicionalmente, demonstrar-se-á como é possível combinar as informações destes parâmetros, caracterizando os alvos através de suas respostas polarimétricas. A arquitetura HP e seus parâmetros não são construídos como pseudo assinaturas full-pol, pois são interpretados como dados HP reais e a partir de tais parâmetros inferem-se propriedades de espalhamento de uma cena. A superfície do mar é investigada em função das condições ambientais e das características dos alvos. Para tanto, técnicas que usam limiares globais e adaptativos (ex.: CFAR) foram implementados. A avaliação de desempenho é feita através de métricas como Figura-de-Mérito (FoM) e também novas métricas que avaliam a sensibilidade dos parâmetros no Modo Híbrido dadas as variações do fundo oceânico, assim como também a influência das características dos alvos para as detecções (DoST). Métricas objetivas para avaliar a influência relativa ao estado do mar (RSPolF) sobre os diversos parâmetros polarimétricos e canais intensidade são apresentados e associados à escala de Beaufort e à escala de estado de mar. Os resultados experimentais demonstram que os parâmetros do Modo Híbrido são capazes de distinguir alvos do fundo oceânico apenas com limiares globais. Estes parâmetros fornecem informações polarimétricas complementares e permitem a caracterização destes alvos quando combinados, por exemplo, quanto ao tipo de rebatimento da onda retroespalhada e quanto à rugosidade da superfície, entre outras informações. === In this study, target at sea detection is addressed using Hybrid Polarity (HP) Synthetic Aperture Radar (SAR) architecture. Wave polarimetry concepts are used to define HP features that are used to observe targets at sea. The sensitivity of HP features to both targets and the surrounding environment is analyzed through the novel objective norm, namely the Relative Sensitivity for Polarimetric Features (RSPolF) index. Detection performance is evaluated by the novel Dependency of Sea state and Target surface characteristics (DoST) metric, and by the well-known Figure-of-Merit (FoM). Experiments undertaken on HP measurements emulated from Radarsat-2 and ALOS-PALSAR full-polarimetric actual SAR data demonstrate the effectiveness of the proposed HP approach and the different sensitivity of HP features to targets and background sea characteristics. Following those results, a ranking the HP features performance is proposed which mainly highlights that HP features complement each other in the detection process. Finally, a Constant False Alarm Rate (CFAR) approach is proposed to exploit two HP features for target detection in an unsupervised way. A useful way to characterize sea and metallic targets can be achieved by means of PCA. Main HP features can be selected, analyzing the first PC, and the characterization is done according some polarimetric behaviors.