Forandringsdetektion i tidsrækker af polarimetriske SAR data

Session

Remote Sensing I

Abstract

I indlægget beskriver vi en statistisk såkaldt omnibus teststørrelse til detektion for lighed af flere Wishart-fordelte varians-kovariansmatricer.  Denne teststørrelse og dens sandsynlighedsfordeling givet, at matricerne er ens, bruges til forandringsdetektion i en tidsrække af såkaldte multilook, polarimetriske syntetisk apertur radar (SAR) billeder.  Sandsynlighedsfordelingen bruges til beregning af den såkaldte  p-værdi, der anvendes til at bestemme, hvorvidt en forandring har fundet sted eller ej.

Vi demonstrerer anvendelsen af metoden, som er nyudviklet og netop publiceret i den internationale litteratur (IEEE Transactions of Geoscience and Remote Sensing), ved hjælp af flybårne EMISAR L-bånd SAR-data. EMISAR er et instrument udviklet af (hvad, der nu hedder) DTU Space og blev fløjet på én af det danske flyvevåbens Gulfstream G3 jets.

Målgruppe

Alle med interesse for spatio-temporal dynamik herunder ændringsudpegning i satellit- eller flybårne radardata, som giver "all-weather, day-and-night" dataopsamling.

Yderligere uddybning af abstract

Billeddata fra satellit- eller flybårne polarimetriske syntetisk apertur radar (SAR) er behæftede med såkaldt "speckle", som er en støjlignende del af signalet. For at dæmpe denne "speckle" midles ofte over flere pixels, og vi opnår såkaldte "multilook" data.  Disse data kan for fuld polarimetri, hvor vi både sender og modtager horisontalt såvel som vertikalt polariseret signal, beskrives i den såkaldte kovariansmatrixform. Statistisk set følger disse kovariansmatricer ideelt en kompleks Wishart-fordeling. For at detektere forandringer i tidsrækker af sådanne billeddata kunne man foretage parvise sammenligninger af konsekutive optagelser.

Som alternativ til denne parvise analyse beskriver vi i indlægget en statistisk, såkaldt omnibus teststørrelse, til detektion for lighed af flere Wishart-fordelte varians-kovariansmatricer. Denne teststørrelse og dens sandsynlighedsfordeling givet, at matricerne er ens, bruges til forandringsdetektion i en tidsrække af disse "multilook", polarimetriske SAR billeder. Sandsynlighedsfordelingen bruges til beregning af den såkaldte p-værdi, der anvendes til at bestemme, hvorvidt en forandring har fundet sted eller ej.

Vi demonstrerer anvendelsen af metoden, som er nyudviklet og netop publiceret i den internationale litteratur [1], ved hjælp af flybårne EMISAR L-bånd SAR-data. EMISAR er et instrument udviklet af (hvad, der nu hedder) DTU Space og blev fløjet på én af det danske flyvevåbens Gulfstream G3 jets. L-bånd SAR data har en bølgelængde på omkring 25 cm.

I forandringsdetektion er det vigtigt at få udpeget alle ændringer og kun disse. I statistisk jargon taler vi om falske positive, hvis vi udpeger pixels som værende forandrede, hvis de ikke er det i virkeligheden. Ligeledes taler vi om falske negative, hvis vi udpeger pixels som værende ikke-forandrede, hvis de i virkeligheden er det. Ved hjælp af omnibustesten er det muligt at styre falsk-positiv-niveauet på bedre vis end i en række af parvise sammenligninger af konsekutive billedoptagelser.

Reference:

[1] Knut Conradsen, Allan Aasbjerg Nielsen and Henning Skriver (2016). Determining the points of change in time series of polarimetric SAR data. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 54 (5), 3007-3024. http://www.imm.dtu.dk/pubdb/p.php?6825

 

Forandringsdetektion i tidsrækker af polarimetriske SAR data
Danmarks Tekniske Universitet