SAR ship detection in dual polarization combination channels

Bruk av bilder fra satellittbåren syntetisk apertur-radar (SAR) er utbredt i automatisk skipsdeteksjon. SAR-data leveres i en rekke forskjellige modi og polarisasjonskombinasjoner. Dual-polarisasjon ScanSAR-produkter dekker store områder og er følgelig ofte den foretrukne modusen. Disse produktene inneholder ett ko-pol- og ett kryss-pol-bilde. Ved bruk i maritim overvåking er det viktig å kunne utnytte dataens fulle potensial. Denne studien presenterer og evaluerer to sammensatte dual-polarisasjonskanaler for bruk i automatisk skipsdeteksjon. Den første, kalt dual, er produktet av de individuelle polarisasjonskanalenes amplitudeverdier, skalert med en estimert gjennomsnittlig sjøbakgrunn. I den andre kanalen, kalt dual-int, multipliseres de individuelle polarisasjonskanalenes intensitetsverdier. Målet med disse sammensatte kanalene er å øke kontrasten mellom skip og sjø i SAR-bildene, da et av de viktigste aspektene i automatisk skipsdeteksjon er deteksjon av lyse piksler i bildene. Data fra to plattformer, RADARSAT-2 og Sentinel-1, har blitt brukt i studien. En kort state-of-the-art litteraturstudie på sammensatte dual-polarisasjonskanaler i automatisk skipsdeteksjon har blitt gjennomført for å sette de presenterte metodene i kontekst. Statistiske egenskaper hos de ulike kanalene brukt i skipsdeteksjonen har blitt undersøkt. Sannsynlighetstetthetsfunksjonene (PDFene) brukt i skipsdeteksjonen viste seg å passe godt for data fra RADARSAT-2. Data fra Sentinel-1 passet imidlertid i mindre grad. Det anbefales følgelig å gjøre en mer grundig studie på de statistiske egenskapene til SAR-data fra Sentinel-1. Resultatene fra den automatiske skipsdeteksjonen viser at begge sammensatte kanaler yter bedre enn ko-pol-kanalen. Sammenlignet med kryss-pol-kanalen ligger ytelsen generelt sett på samme nivå. Ser man så på den oppnådde merinformasjonen ved bruk av de sammensatte kanalene, spriker resultatene med hensyn på plattform. For RADARSAT-2 tilbyr begge de sammensatte kanalene merinformasjon i form av økt antall identifiserte skip. Dette er ikke tilfellet for Sentinel-1. Det gjøres imidlertid oppmerksom på at skipsdeteksjoner fra de sammensatte kanalene også kan brukes i et oppdatert konfidensmål for deteksjoner hos begge plattformer. Analysen av falske alarmer viser at begge de sammensatte kanalene yter dårligere enn krysspol- kanalen. To spesialtilfeller tar for seg kjente problemstillinger med tanke på falske alarmer i ko-pol-kanalen. Lave vindforhold kan føre til algevekst på havoverflaten. Dette manifesterer seg som velkjente mønstre i radarbildene og kan føre til mange falske alarmer. Dette problemet overføres ikke til de sammensatte kanalene, viser tilfellene analysert i denne studien. Videre ser man ofte flere falske alarmer i ko-pol ved lave innfallsvinkler. De sammensatte kanalene gir færre falske alarmer ved lave innfallsvinkler sammenlignet med ko-pol, men de rapporterte tallene er fortsatt høye. En sammenligning av det to presenterte sammensatte kanalene viser at dual har best ytelse. Det anbefales følgelig å bruke denne kanalen. Ved tidskritiske operasjoner anbefales det å kun prosessere kryss-pol og dual for RADARSAT-2, samt ko-pol og kryss-pol for Sentinel-1.