Nâng cao độ chính xác ước lượng độ cao rừng sử dụng ảnh ra đa tổng hợp mặt mở giao thoa phân cực băng L

Bài báo này trình bày một thuật toán nâng cao độ chính xác cho ước lượng độ cao rừng sử dụng ảnh PolInSAR băng L. Thuật toán đề xuất được xây dựng dựa trên cơ sở tối ưu các tham số của kỹ thuật phân hoạch mục tiêu kết hợp với tối ưu các tham số của tập kết hợp. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng độ chính xác của độ cao rừng được cải thiện đáng kể bởi thuật toán đề xuất.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nâng cao độ chính xác ước lượng độ cao rừng sử dụng ảnh ra đa tổng hợp mặt mở giao thoa phân cực băng L Nghiên cứu khoa học công nghệ NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC ƯỚC LƯỢNG ĐỘ CAO RỪNG SỬ DỤNG ẢNH RA ĐA TỔNG HỢP MẶT MỞ GIAO THOA PHÂN CỰC BĂNG L Bùi Ngọc Thủy1*, Phạm Minh Nghĩa2 Tóm tắt: Độ cao rừng là một trong những thông tin quan trọng cho công tác quản lý độ che phủ của rừng và cũng là một trong các tiêu chuẩn để đánh giá mối tương quan sinh trưởng của sinh vật với môi trường trong hệ sinh thái rừng. Bài báo này trình bày một thuật toán nâng cao độ chính xác cho ước lượng độ cao rừng sử dụng ảnh PolInSAR băng L. Thuật toán đề xuất được xây dựng dựa trên cơ sở tối ưu các tham số của kỹ thuật phân hoạch mục tiêu kết hợp với tối ưu các tham số của tập kết hợp. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng độ chính xác của độ cao rừng được cải thiện đáng kể bởi thuật toán đề xuất. Từ khóa: Ra đa tổng hợp mặt mở giao thoa phân cực, Độ cao rừng, Tập kết hợp. 1. MỞ ĐẦU Ra đa tổng hợp mặt mở giao thoa phân cực (PolInSAR) là một trong những kỹ thuật viễn thám tiên tiến và triển vọng cho công tác quản lý và điều tra rừng. Trong hai thập kỷ qua, rất nhiều kỹ thuật được giới thiệu cho ước lượng độ cao rừng từ ảnh PolInSAR và có thể phân thành hai nhóm chính. Nhóm thứ nhất gồm các kỹ thuật được xây dựng dựa trên việc mô hình hóa quá trình tán xạ giữa sóng siêu cao tần với mục tiêu tự nhiên bằng một khối tán xạ ngẫu nhiên trên mặt đất (RVoG) [1, 2]. Tuy nhiên, do sự suy hao của sóng điện từ trong môi trường và đặc biệt với những cánh rừng rậm nơi có thành phần tán xạ khuếch tán đóng vai trò chủ đạo, độ chính xác của các phương pháp này trở nên không còn đáng tin cậy nữa. Nhóm thứ hai gồm các phương pháp dựa trên kỹ thuật phân hoạch cho ảnh PolInSAR [3, 5]. Tuy nhiên, cấu trúc phân tán của rừng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tán xạ ngược của tín hiệu từ mặt đất về anten thu, do vậy các tham số bề mặt trong các phương pháp này có độ ổn định và chính xác không cao. Bài báo trình bày một phương pháp nâng cao độ chính xác cho ước lượng độ cao rừng từ ảnh PolInSAR băng L. Trong phương pháp đề xuất, thành phần tán xạ từ tán cây được biểu diễn bởi hai tham số: mức độ phân bố ngẫu nhiên và tính dị hướng của các thực thể tán xạ [5]. Để nâng cao độ chính xác, bài báo này bổ sung thêm một điều kiện ràng buộc về công suất. Các tham số bề mặt được xác định dựa trên lý thuyết tối ưu tập kết hợp. Sau đó, độ cao tán rừng được ước lượng bởi độ lệch pha giữa pha của tán cây và pha của bề mặt. Thuật toán đề xuất không chỉ cho phép nâng cao độ chính xác trong ước lượng độ cao rừng mà còn cho phép khôi phục thêm các tham số của tán rừng. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng độ chính xác của độ cao rừng được cải thiện đáng kể bởi thuật toán đề xuất. 2. ƯỚC LƯỢNG ĐỘ CAO RỪNG TỪ DỮ LIỆU POLINSAR SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT 2.1. Sự kết hợp giao thoa phân cực Hai ma trận tán xạ  S 1  và  S 2  của hệ thống PolInSAR cho mỗi đối tượng được xác định từ mỗi hệ thống PolSAR với góc quét xấp xỉ nhau. Đối với trường hợp tán xạ ngược trong môi trường thuận nghịch, véc tơ tán xạ ngược Pauli của mỗi hệ thống PolSAR được biểu diễn như sau [4]:  1  i i i i i T (1) ki   S hh  Svv S hh  Svv 2 S hv  2 Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 42, 04 - 2016 45  Ra đa   Trong đó, S pq p, q  h, v là các hệ số tán xạ phức và i 1, 2 biểu thị cho hai hệ thống PolSAR. Dữ liệu nhận được từ hệ thống PolInSAR thường được biểu diễn bằng ma trận kết hợp phức 6×6, và được biểu diễn trong (2)    T1    k1  T   kk *T   *T  với k     (2)  T2  k 2  Với toán tử  biểu thị mức lấy trung bình toàn bộ trong quá trình xử lý dữ liệu và    thể hiện toán tử liên hợp phức.  T1  và T2  là các ma trận Hermitian, mô tả các thuộc tính phân cực của mục tiêu thu được từ mỗi hệ thống PolSAR riêng lẻ,    là ma trận phức phi-Hermitian chứa các thông tin về giao thoa và phân cực của mục tiêu. Sự kết hợp giao thoa phân cực của hệ thống PolInSAR được mô tả bằng một hàm phân cực của hai ảnh được biểu diễn như sau:        1*T  2 *T   1, 2         *T  (3)  1*T T1 1 *2T T2 2  T     Trong đó,  1   2   là véc tơ phức nguyên trị của mỗi kênh phân cực, T  T1  T2  2 . Dạng rút gọn của ma trận kết hợp cho dữ liệu PolInSAR có dạng như sau: 11 12 0      T 1 2T 1 2   21  22 0  (4)    0 0  33    Gọi w   T   là véc tơ phức nguyên trị cải tiến. Thay w vào (3) ta có: * ...