Automatic ship detection based on satellite SAR

Denne rapporten omhandler automatisk skipsdeteksjon basert på Syntetisk Apertur Radar (SAR)-bilder fra satellitt. Bildemateriale fra den europeiske ENVISAT satellitten er analysert. Data fra det norske Kystverkets Automatisk IdentifikasjonsSystem (AIS)-system er anvendt for verifikasjon. Aegir er et verktøy for analyse av SAR-bilder utviklet ved FFI. Verktøyet inneholder en modul for skipsdeteksjon. To ulike tersklingsalgoritmer for automatisk skipsdeteksjon, kalt N-sigma og K-fordeling, er implementert i Aegir. Algoritmene er testet ut på ENVISAT ASAR Alternating Polarisation (AP) bilder. Resultater fra dette arbeidet er presentert i denne rapporten. Resultatene viser at det totale antall alarmer generert for ko-polariserte kanaler (VV og HH) er større enn det totale antall alarmer generert for kryss-polariserte kanaler (VH og HV). Dette resultatet gjelder uavhengig av hvilken av de to algoritmene som kjøres. For N-sigma algoritmen fant vi en høyere falsk alarm rate for VV og HH enn for VH og HV. Et noe høyere antall verifiserte skip ble også detektert i kryss-pol. N-sigma algoritmen ble sammenliknet med K-fordelingsalgoritmen. Her fant vi at K-fordelingsalgoritmen produserer en lavere falsk alarmrate både for kryss-pol og ko-pol data sammenliknet med N-sigma, mens deteksjonsraten for verifiserte skip er noe lavere for K-fordelingsalgoritmen sammenliknet med N-sigma algoritmen, både for kryss-pol og ko-pol. Det er viktig å huske i denne sammenhengen at “falske” alarmer kan være fartøy uten AIS-senderen skrudd på. Det kan også være en betydelig tidsforskjell mellom AIS rapportene fra det aktuelle fartøyet og SAR opptaket, som gjør at AIS posisjonen og posisjonen i SAR bildet ikke stemmer. Doppler skift, som fører til en forflytning av skipet i SAR bildet, er også en faktor det bør tas hensyn til når en skal fusjonere SAR posisjoner og AIS posisjoner [6][12]. Videre arbeid bør omfatte en mer detaljert studie av årsakene til de falske alarmene. Algoritmene bør også testes ut på et enda større datamateriale, hvor det legges vekt på analyse av scener med varierende sjøtilstand, innfallsvinkel, polarisasjon etc. Det er viktig å understreke at skipsdeteksjonssystemet beskrevet i denne rapporten ikke er ferdig utviklet og testet og derfor heller ikke klar for operasjonell drift. I framtiden er det ønskelig å teste dette på koherensbilder (eller Internal Hermittian Product (IHP) bilder) fra Norut AS. Koherensbildene er generert basert på komplekse radarprodukter. Tanken er å forsterke signaturen til fartøyene samt å undertrykke støyen fra sjøen ved å utnytte at et fartøy har høyere koherens med hensyn på fasen enn den omliggende sjøen [8]. Hvor egnet K-fordelingen er til å modellere sjøstøyen i disse bildene gjenstår å vurdere.