Detección de un objetivo en una zona marítima representada mediante una imagen de SAR.

Método de detección de un objetivo en una zona marítima considerada en base a una imagen dada de radar de apertura sintética que representa dicha zona marítima considerada,

comprendiendo el método:

* seleccionar píxeles en una única y misma subimagen de la imagen dada de radar de apertura sintética, representando dicha subimagen una zubzona de la zona marítima considerada;

estando el método caracterizado por que comprende además:

* proporcionar una distribución de referencia sin objetivos para magnitudes de píxeles en una imagen de radar de apertura sintética de una zona marítima libre de objetivos, siendo dicha distribución de referencia sin objetivos una distribución de Poisson;

* calcular una primera cantidad de referencia indicativa de un valor medio de magnitudes de píxeles en varias imágenes de radar de apertura sintética, cada una de las cuales representa la zona marítima considerada en un momento respectivo, en el que la distribución de Poisson se caracteriza por un valor esperado en base a la primera cantidad de referencia;

* calcular una segunda cantidad de referencia que representa la magnitud que aparece de forma más frecuente en la distribución de Poisson sobre la base de la primera cantidad de referencia;

* calcular una distribución estadística real de magnitudes de los píxeles seleccionados calculando un histograma de las magnitudes de los píxeles seleccionados, y proporcionando una cantidad real indicativa de la magnitud que aparece de forma más frecuente en la distribución estadística real sobre la base del histograma calculado; * comparar la distribución de referencia sin objetivos y la distribución estadística real llevando a cabo una comparación de la segunda cantidad de referencia con la cantidad real por medio de un umbral de detección relacionado con un error de detección en base a la desviación estándar de la distribución de Poisson; y

* detectar un objetivo en la subzona si la segunda cantidad de referencia y la cantidad real difieren en más que el umbral de detección relacionado con el error de detección.

Detección de un objetivo en una zona marítima representada mediante una imagen de SAR.

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a la detección de un objetivo en una zona marítima representada mediante una imagen de radar de apertura sintética.

TÉCNICA ANTECEDENTE

Tal como es sabido, la teledetección es la ciencia y la técnica de obtener información sobre un objeto, zona o fenómeno a través del análisis de datos adquiridos por un dispositivo que no está en contacto con el objeto, zona o fenómenos en investigación. En base a la longitud de onda en la que funciona el sistema, la teledetección se 15 clasifica principalmente en dos grupos diferentes, es decir, óptica y por microondas.

La teledetección óptica usa ondas visibles e infrarrojas mientras que la teledetección por microondas usa ondas de radio.

Como sistema de teledetección por microondas, un sistema de radar de apertura sintética (SAR) comprende un emisor de señales de radar y un receptor de señales de radar que operan sobre una plataforma móvil, tal como un aeroplano o satélite, y una estación de teleprocesamiento conectada por un canal de radio a la plataforma móvil.

El emisor envía una señal de radar a una zona terrestre o marítima monitorizada, y el receptor recibe el eco de radar 25 retrodispersado por la zona, y lo transmite a la estación de teleprocesamiento, que procesa el eco de radar para obtener un mapa bidimensional de la zona monitorizada. La señal de radar transmitida comprende una sucesión de pulsos electromagnéticos de banda de microondas modulados mediante frecuencia lineal, o llamada modulación CHIRP, y transmitidos a intervalos de tiempo regulares.

La estación de procesamiento combina de forma coherente los ecos de radar correspondientes con los pulsos transmitidos para obtener mapas de alta resolución azimutal de zonas extensas. La modulación de pulsos CHIRP, por otro lado, permite alcanzar alta resolución perpendicular a la dirección la dirección de distancia.

En detalle, un sistema SAR ilumina una escena con microondas por medio del emisor, y registra tanto la amplitud 35 como la fase de la radiación retrodispersada por medio del receptor, convirtiéndolo en un proceso de obtención de imágenes coherente. La señal recibida es muestreada y convertida en una imagen digital por la estación de procesamiento.

En particular, el campo registrado en el píxel x, indicado como £ (x), puede escribirse como 4

*(*)«£«<*) e

donde las distancias de suma sobre los dispersores s, a (s) y <|> (s) son respectivamente amplitud y fase de la señal recibida desde el dispersor s, y h (s,x) es la función instrumental o de dispersión puntual. El valor de h(s,x) está 45 próximo a 1 cuando el dispersor s está en o cerca de la célula de resolución correspondiente al píxel x, y próximo a cero en caso contrario. Suponiendo que la función instrumental es invariante por traslaciones, es decir, no depende de x, entonces puede escribirse como una función de un parámetro h (s-x).

El cuadrado del módulo del campo £ (x) se denomina intensidad detectada / (x); la raíz cuadrada de la intensidad / 5 (x) se denomina envuelta o amplitud. Ésta no es la misma que la amplitud de la señal recibida a (s) dado que el campo recibido E(x) está perturbado por la función instrumental h(s, x). La amplitud de la señal recibida a (s) se denomina reflectividad, y su cuadrado se denomina sección transversal superficial.

En comparación con la teledetección óptica, la obtención de imágenes de SAR presenta algunas ventajas. En primer 55 lugar, como sistema activo, es un sistema de adquisición de datos diurnos/nocturnos. En segundo lugar, considerando el comportamiento de las ondas electromagnéticas en el intervalo de longitudes de onda usadas por sistemas SAR, puede verse que las características atmosféricas tales como nubosidad, lluvia suave, niebla y humo tienen poco efecto sobre la capacidad de un sistema SAR. Esto convierte al SAR en un sistema de teledetección

para todo tipo de condiciones meteorológicas. Por último pero no menos importante, dado que las señales de SAR penetran parcialmente en el suelo y la cubierta vegetal, además de información superficial, puede proporcionar también información subsuperficial.

Desafortunadamente, en comparación con la teledetección óptica, la obtención de imágenes de SAR presenta también algunas desventajas. En particular, a diferencia de las imágenes ópticas, las imágenes de SAR se forman mediante interacción coherente de la microonda transmitida con los objetivos. Por lo tanto, la obtención de imágenes de SAR padece los efectos de ruido Speckle (punteado) que surge de la suma coherente de las señales retrodispersadas por dispersores a nivel del suelo s distribuidos aleatoriamente con cada píxel x. Por lo tanto, una 1 imagen de SAR aparece más ruidosa que una imagen óptica.

Más en detalle, las ondas emitidas por el emisor se desplazan en fase e interactúan mínimamente en su camino a la zona objetivo. Después de la interacción con la zona objetivo, estas ondas ya no están en fase debido a las diferentes distancias que se desplazan desde los objetivos, o dispersión de única frente a múltiples rebotes. Una vez 15 fuera de fase, las ondas retrodispersadas pueden interactuar para producir píxeles luminosos y oscuros. Este efecto se conoce como ruido Speckle.

El ruido Speckle da una apariencia granular a las imágenes de SAR, reduce el contraste de las imágenes de SAR, y tiene un efecto negativo sobre el análisis basado en la textura. Además, dado que el ruido Speckle cambia las 2 estadísticas espaciales de las imágenes de SAR, convierte al proceso de clasificación en una tarea difícil de realizar.

La figura 1 muestra un ejemplo de una imagen de SAR granular típica.

Por esta razón, el ruido Speckle se suprime normalmente aplicando un filtro de eliminación de Speckle a la imagen 25 digital antes de visualización y análisis adicional.

La figura 2 muestra la imagen de SAR granular de la figura 1 filtrada con un filtro de eliminación de Speckle.

Tal como se muestra en la figura 1, una imagen de SAR se visualiza habitualmente como una imagen en escala de 3 grises. La intensidad l(x) de cada pixel x representa la parte de microondas retrodispersada por una zona objetivo correspondiente en el suelo, parte que depende de diversos factores: tipos, tamaños, formas y orientaciones de los dispersores s en la zona objetivo, contenido de humedad de la zona objetivo, frecuencia y polarización de los pulsos del radar, así como los ángulos incidentes del haz del radar. Los valores de intensidad de píxeles se convierten a menudo en una cantidad física llamada coeficiente de retrodispersión o sección transversal de radar normalizada, 35 que se mide en unidades dBsm con valores que varían entre +5 dBsm para objetos muy brillantes y -4 dBsm para superficies muy oscuras.

Interpretar una imagen de SAR no es una tarea sencilla. Muy a menudo requiere cierto conocimiento de las condiciones a nivel del suelo de las zonas representadas mediante una imagen. Como regla general útil, cuanto 4 mayor sea la intensidad retrodispersada, más irregular es la superficie que está siendo representada mediante una imagen.

En detalle, superficies planas tales como carreteras asfaltadas, pistas o agua en calma normalmente aparecen como zonas oscuras en una imagen de SAR dado que la mayoría de los pulsos de radar incidentes son reflejados de 45 forma especular. La figura 3 muestra esquemáticamente un ejemplo de reflexión especular. En detalle, tal como se muestra en la figura 3, una superficie lisa 31 actúa como un espejo para el pulso de radar incidente. La mayoría de la energía del radar incidente es reflejada de acuerdo con la ley de la reflexión especular, es decir el ángulo de reflexión a' es igual al ángulo de incidencia a. Muy poca energía es retrodispersada al sensor del SAR.

Por el contrario, una superficie irregular refleja el pulso de radar incidente en todas direcciones. Este fenómeno se denomina reflexión difusa. En este caso, parte de la energía del radar es dispersada de vuelta al sensor del radar. La cantidad de energía retrodispersada depende de las propiedades del objetivo a nivel del suelo. La figura 4 muestra esquemáticamente un ejemplo de reflexión difusa en presencia de una superficie irregular 41.

Por lo tanto, las superficies marítimas en calma aparecen oscuras en las imágenes de SAR, mientras que las superficies de mar picada pueden aparecer brillantes, especialmente cuando el ángulo de incidencia es pequeño y cuando la irregularidad de la superficie marítima se debe a olas que tienen una longitud... [Seguir leyendo]

1. Método de detección de un objetivo en una zona marítima considerada en base a una imagen dada de radar de apertura sintética que representa dicha zona marítima considerada, comprendiendo el método:

seleccionar píxeles en una única y misma subimagen de la imagen dada de radar de apertura sintética, representando dicha subimagen una zubzona de la zona marítima considerada;

estando el método caracterizado por que comprende además:

proporcionar una distribución de referencia sin objetivos para magnitudes de píxeles en una imagen de radar de apertura sintética de una zona marítima libre de objetivos, siendo dicha distribución de referencia sin objetivos una distribución de Poisson;

calcular una primera cantidad de referencia indicativa de un valor medio de magnitudes de píxeles en varias imágenes de radar de apertura sintética, cada una de las cuales representa la zona marítima considerada en un momento respectivo, en el que la distribución de Poisson se caracteriza por un valor esperado en base a la primera cantidad de referencia;

calcular una segunda cantidad de referencia que representa la magnitud que aparece de forma más frecuente en la distribución de Poisson sobre la base de la primera cantidad de referencia;

calcular una distribución estadística real de magnitudes de los píxeles seleccionados calculando un histograma de las magnitudes de los píxeles seleccionados, y proporcionando una cantidad real indicativa de la magnitud que

aparece de forma más frecuente en la distribución estadística real sobre la base del histograma calculado;

comparar la distribución de referencia sin objetivos y la distribución estadística real llevando a cabo una comparación de la segunda cantidad de referencia con la cantidad real por medio de un umbral de detección relacionado con un error de detección en base a la desviación estándar de la distribución de Poisson; y

detectar un objetivo en la subzona si la segunda cantidad de referencia y la cantidad real difieren en más que el umbral de detección relacionado con el error de detección.

2. El método de la reivindicación 1, en el que el umbral de detección relacionado con el error de 35 detección es igual a un tercio de la desviación estándar de la distribución de Poisson.

3. Un dispositivo electrónico configurado para implementar el método de acuerdo con cualquier reivindicación anterior.

4. Un producto de programa informático que comprende partes de código informático almacenables en

una memoria de un procesador y tal que causa, cuando está almacenado, que el procesador quede configurado para implementar el método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2.