Onderzoeksproject S0/00/004 (Onderzoeksactie S0)
Thema en situering
Het project hoort thuis in het onderzoeksdomein "Geavanceerde generische dataverwerking en innovatie".
Productie SAR-beelden met zeer hoge resolutie
Er wordt een stijgende vraag vastgesteld naar beelden met zeer hoge resolutie (1m). Deze nood wordt ten dele bevredigd door de nieuwe satellietsystemen welke in het zichtbare spectrum opereren (vb. IKONOS). Men kan een gelijkaardige vooruitgang verwachten met de komst van toekomstige SAR-systemen (vb. TerraSAR, COSMO-Skymed, EarthWatch X-band SAR) die beeldvormende mogelijkheden met een metrische resolutie bezitten dank zij de zogeheten opnamemodus Spotlight SAR. Het is hoog tijd om een Belgische expertise over de verwerking van SAR-beelden met zeer hoge resolutie op te bouwen, zelfs indien de beschikbare civiele satellietgegevens die zich op het einde van de testfase bevinden nog zeer zeldzaam zijn.
SAR fysica
Diverse elektromagnetische diffusiemodellen werden ontwikkeld voor het geval van de associatie tussen bodem en vegetatieve bedekking. Bepaalde modellen voor de radarobservatie van bossen nemen algemeen een voorstelling aan die is opgebouwd uit meerdere opeenliggende lagen: bodem, lage vegetatie, stammen, kruinen. Volledige informaticaprogramma’s zijn eveneens beschikbaar in de literatuur. Deze zijn toegespitst op een bosbedekking en gebaseerd op een model met drie lagen, maar ze kunnen vereenvoudigd worden voor een vegetatieve bedekking. In het UCL wordt een model ontwikkeld om de simulatie van polarimetrische radarobservaties (en SAR) van ruwe bodem, vegetatiezones en boszones toe te laten. Dit model houdt rekening met de distributie van de maten van de stammen, de takken en de bladeren, inclusief het wederkerig effect, wat de verticale distributie in het midden van de kruin toelaat en aldus een precieze beschrijving oplevert van de vegetatie en de bomen. Het is een volkomen polarimetrisch model van de radiatietransfer, dat toelaat de diffusievector van Stokes volledig te bereken, ergo de volledige polarimetrische respons van een uitgestrekt doelwit.
Verwerkingssoftware voor SAR-beelden
De detectie van veranderingen is bijzonder belangrijk in de GMES-toepassingen (evolutie van vegetatie en steden, volgen van overstromingen, aardbevingen enz.). Om redenen van kwaliteit en robuustheid wordt ze liefst op symbolisch niveau uitgevoerd, wat een uitbreiding is van de standaardbenadering op pixelniveau. Daaruit volgt dat de detectie van veranderingen efficiënte instrumenten vereist voor de restauratie, de behandeling op intermediair niveau en de beeldregistratie. In de SAR-context blijken de klassieke extractiemethodes niet bij machte te zijn en dringt de ontwikkeling van specifieke methodes zich op, bijvoorbeeld voor de detectie van de randen in het geval van een monokanaal SAR. In het geval van een multikanaal SAR zijn de methodes gebaseerd op multivariate statistiek geschikter en verdienen voorrang in gebruik. Gedurende dit hele werk hecht men belang aan de evaluatie van de performantie van de verschillende algoritmes, wat ontbreekt in de huidige literatuur doch nodig is voor
1) het evalueren van de vooruitgang op het vlak van de visualisatie door middel van computer en
2) het integreren van technieken met het doel van industriële toepassingen.
Doelstellingen
Productie van SAR-beelden met zeer hoge resolutie
Een prototype van de Spotlight SAR processor zal ontwikkeld worden in drie fases:
1. Theorie van de verwerking van Spotlight SAR, waarin inbegrepen:
2. Uitwerking en codering van de processor
3. Validatie van de processor
Fysica van SAR
Het model en de huidige code moeten getest worden, verbeterd en gevalideerd, en een gevoeligheidsanalyse ten opzichte van de fysische parameters moet worden gerealiseerd. Het einddoel bestaat erin een model en een code voort te brengen wat de best mogelijke simulatie van de fysische werkelijkheid moet toelaten.
1. Testen en verbeteren van de code;
2. Validaren en uitbreiden van de code;
3. Analyseren van de gevoeligheid.
SAR beeldverwerkingsinstrumenten
Ons doel is het exploreren en extraheren van informatie vervat in de SAR beelden met zeer hoge resolutie.
1. Beeldrestauratie: ontwikkelen en evalueren van ruisonderdrukkingstechnieken gebaseerd op markoviaanse modellen in het domein van de wavelets, aangepast aan de statistische eigenschappen van de SAR beelden.
2. Beeldverwerking op intermediair niveau: ontwikkelen van verwerkingsinstrumenten op intermediair niveau, en onderzoeken van hun precisie en robuustheid. Twee onderwerpen worden aangesneden, namelijk de detectie van multivariate contouren (rekening houdende met de fysische eigenschappen van het SAR systeem) en de regionale analyse (segmentatie, textuur, classificatie).
3. Beeldregistratie: automatiseren van het registratieproces teneinde de operationele beschikbaarheid van gegevens te doen toenemen.
4. Detectie van veranderingen: onderzoeken van de SAR informatie in relatie tot de detectie van veranderingen. De beschrijving van de nuttige objecten tijdens de registratie zal aangewend worden om de veranderingen op symbolisch niveau te detecteren, en ze op een meer robuuste en gedetailleerde manier te meten.
5. Evaluatie van de performantie van de verschillende taken op basis van kwantitatieve indicatoren (bv. gedeelte van de objecten dewelke correct geclassificeerd zijn, kwaliteit van de attributen).
