董文组SITP9结题报告文档格式.docx
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5、成果包括模型、设计、方案、调查报告、实验结论、论文部分、机械装置、装置半成品、参赛经历和获奖经历。
（软件、图像等电子类刻成光盘上交；
在学术期刊上发表的论文，
要求上交一份原版期刊；
大型实物拍成照片、视频等在项目结
题报告或答辩现场ppt反映；
小型实物评审现场展示。
）
6、工作步骤（社会调查、实验、试验、设计、设计修改、加工步骤、技术改进和数据处理）应配有附图。
7、成果（模型、设计、机械装置、装置半成品和参赛获奖经历）应至少配有3张副图。
8、工作小节一栏应填写自评及感想。
9、本报告供评审时参考，除此报告外各课题组还需附上一篇心得体会（整个小组交一篇，字数在1000字为宜）。
10、以下各表填写时可以附页。
一、工作步骤（可附页说明）
序号
阶段及内容
目的
起讫日期
1
2
3
4
5
6
7
学习合成孔径雷达原理和图像处理等的理论知识，查阅相关文献
学习ENVI软件的基本操作
获取黑龙江省的DEM数据
了解Cosmo-skymed卫星及其技术参数
Cosmo-skymed卫星SCANSAR成像模式30米分辨率SAR影像数据预处理，包括辐射纠正，几何校正，消噪滤波，正射校正
采用不同阈值获取方法分割图像，提取水体
结合谷歌地球分析结果
让组员具有基本的理论知识。
为后续SAR影像处理打基础。
为后续模拟淹没场景提供数据基础。
预处理
提取水体信息
获得结果
2014.03-2014.04
2014.04-2014.06
2014.04-2014.07
2014.07-2014.08
2014.08-2014.10
2014.10-2014.12
2014.12-2015.04
二、已完成成果（可附页说明）
成果
意义
成果形式
合成孔径雷达简介：
合成孔径雷达（SAR）是一种高分辨率成像雷达，可以在能见度极低的气象条件下得到类似光学照相的高分辨雷达图像。
利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一较大的等效天线孔径的雷达，也称综合孔径雷达。
合成孔径雷达的特点是分辨率高，能全天候工作，能有效地识别伪装和穿透掩盖物。
所得到的高方位分辨力相当于一个大孔径天线所能提供的方位分辨力。
合成孔径雷达的首次使用是在20世纪50年代后期，经过近60年的发展，合成孔径雷达技术已经比较成熟，各国都建立了自己的合成孔径雷达发展计划，各种新型体制合成孔径雷达应运而生，在民用与军用领域发挥重要作用。
合成孔径雷达原理：
当雷达沿轨道飞行时，被成像的地面目标与雷达间存在相对运动,因而被地面反射回来的雷达脉冲频率产生漂移,这就是美国人CarlWiley发现的多普勒频移（Dopplerfrequencyshift）现象。
合成孔径雷达正是利用这一物理现象来改善雷达成像的方位向分辨率的。
设一个具有长度为L的真实孔径雷达天线从点a移动到点b再到c,则被成像点O的雷达斜距会由大变小再变大,这样雷达接收从地面点O反射回来的脉冲频率会产生变化,即频率漂移由大变小。
通过精确测定这些接收脉冲的雷达相位延迟并跟踪频率漂移,最后可相应地合成一个脉冲,使方位向的目标被锐化（sharpening）,即提高方位向分辨率。
相对于真实孔径雷达方位向分辨率来说,合成孔径雷达的方位向分辨率被大大地改善,此时的ΔX可近似表达为:
ΔX=L/2这意味着方位向分辨率仅由雷达天线的长度所确定。
比如,ERS-1/2操作在合成孔径雷达成像模式下,使用长度为10m的天线,便可获得5米左右的方位向分辨率。
必须记住,机载/星载雷达系统基于侧视成像几何所获取的初数据须经计算机集焦（focusing）和滤波处理才能形成SAR影像,也就是说,“合成孔径”的概念是通过数据处理来实现的。
DEM数据获取：
获取COSMO-SkyMed卫星在黑龙江地区的SAR数据：
COSMO-SkyMed雷达对地观测系统是由意大利国防部（MOD）和意大利间局（ASI）共同资助，意大利阿莱尼亚航天公司负责研制的地球观测系统。
该系统由一个包含4颗低地轨道中型卫星组成，每颗卫星配备有一个多模式高分辨率合成孔径雷达（SAR），该雷达工作于X波段（3.1cm），并且配套有特别灵活和创新的数据获取和传输设备。
COSMO-SkyMed系统为对地观测市场提供了一个具有全球覆盖能力，能适应各种气候，日夜获取能力，高分辨率，高精度，高干涉/极化测量能力和高效便利的产品服务。
数据预处理：
（1）辐射纠正
σ0为雷达后向散射系数;
A为图像像元DN值;
α为雷达入射角;
K为绝对定标因子;
i和j为图像各像元所在的行列数。
（2）消噪滤波
Lee滤波7*7
Lee滤波3*3
frost滤波7*7
（3）正射校正
对于SAR，通常是倾斜观测的，地形畸形很大；
对于TM这样的，卫星视角近于天顶观测，地形的影响很小。
正射校正的目的是通过消除影像的几何变形，使多时相ASAR影像能互相匹配以进行多元信息分析，从而提高数据的应用效益。
通过采集地面控制点，采用基于三维（3D）网格的重采样办法来进行校正。
双峰法提取水体：
大津法提取水体：
使用MATLAB
结合Googleearth分析结果：
原SAR影像：
Googleearth同区域用蓝色显示水体：
淹没区域展示：
抚远县：
了解基本理论知识
在SRTM上下载黑龙江省90米分辨率DEM数据，数据范围为E125°
-130°
，N45°
-50°
，包含2013年黑龙江洪水重灾区泰来县（E123.41375°
，N46.39369°
获取实验研究的关键数据，为后续模拟淹没场景提供数据基础。
SAR图像是基于相干原理成像的。
照射区域中的多个散射体的反射信号和雷达之间具有相对运动，因此会让雷达信号产生随机起伏，从而不可避免的产生雷达斑点噪声。
雷达斑点会严重影响图像的质量，必须利用各种滤波方法加以去除或减低。
均值滤波能够有效地消除斑点噪声，然而会将图像中的线性特征和边缘信息平滑处理，这使得图像变得模糊了；
中值滤波在边缘处理时和均值滤波非常相似，但最终的处理效果却不如均值滤波器。
7*7窗口下的滤波在去除斑点噪声和保持线性特征，边缘信息方面有较好的功能。
双峰法是一种简单的阈值分割方法,即如果灰度级直方图呈现明显的双峰状,则选双峰之间的谷底所对应的灰度级作为阈值分割。
最大类间方差法是由日本学者Otsu于1979年提出来的一种全局最优阈值确定方法,又叫大津法,简称Otsu法。
它的基本思想是利用图像的灰度直方图,将图像分成背景和目标两部分,以目标和背景的方差最大来动态确定图像的分割阈值。
因为方差是图像像元灰度分布均匀性的一种度量,方差越大说明图像的均匀性越差,图像中目标和背景的差别就越大,分割效果就越好。
在Googleearth中找到相对应的区域，便于分析淹没的城镇乡村范围。
举例展示淹没区域。
在SAR图像上是临近水体的高亮区域，有受洪水侵扰的危险。
影像
Envi展示处理结果
Envi处理得到影像
MATLAB程序及结果
三、未能完成的工作（可附页说明）
未完成原因
将受灾地区的DEM数据与SAR数据结合，模拟洪水淹没场景。
洪涝灾害发生时,被淹没的区域除了完全为水面外,还有未被完全淹没的半淹没区,如植被覆盖下的水体,它们在SAR图像呈现亮色,不易与未被淹没的区域区别开来。
将尝试进行植被下半淹没区的提取，以更加准确的获得洪涝受灾范围。
获得更加准确的洪涝受灾范围。
所获取的SAR数据缺少必要地理信息，不能与DEM匹配。
数据属于x波段，波长短，不利于渗透植被。
四、未达到的成果（可附页说明）
未达到的成果
洪水淹没场景模拟
植被下半淹没区提取
更直观的体现受灾范围
更好的提取受灾范围
数据某些信息缺失
数据采用的波段不适合渗透植被
五、资金使用明细
支出项目支出（元）
差旅费1000
其他辅助遥感数据3000
资料打印和文献查阅1000
共计5000
六、工作小结
（1）对SAR的成像原理进行了系统的研究，了解了SAR影像中SAR信号与不同条件的水体作用的反射情况，并以此，为本文进行的SAR影像水体信息提取的实验和分析提供了理论基础。
（2）提出了利用Otsu方法对SAR影像进行水体的粗提取，其中对比了一维Otsu和二维Otsu的提取结果，由于一维Otsu算法只考虑到像素点本身的灰度信息，而二维Otsu算法会结合像素点周围灰度信息进行阈值确定，因此得到二维Otsu算法更适合SAR影像中潜在水体提取的结论。
（3）双峰法操作较为简单，但是确定双峰之间的谷值时较为粗略，精度达不到要求。
（4）综上所述，应选用二维最大类间差法方法对洪涝灾害范围进行灾情模拟。
七、指导老师对本课题的评价
指导老师签名
年月日
评审表
评审小组组成：
组成
姓名
职称
单位
签字
组长
成员
评审意见
评审小组的审查结论
组长组员
是否结题是□否□
是否推荐为获奖项目是□否□
获奖等级推荐三等以上□三等□
学院（签章）：
学校意见
签章：
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