光学影像与SAR影像融合技术研究

2024/09/18
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项目计划总投入:80万元
奖励金额:面议
单位名称:厦门精图信息技术有限公司
所属领域:新一代信息技术
技术需求类型:关键核心(共性)技术
期望合作方式:联合开发
联系人:肖**
联系电话:18250876797

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项目需求说明

可见光和SAR是两种不同的遥感数据获取方式。可见光遥感是利用红外、紫外、可见等波段的电磁辐射,通过传感器记录物体反射或辐射的光谱信息来获取影像数据。SAR(Synthetic Aperture Radar)合成孔径雷达遥感则是利用雷达波束向地面发射微波信号,通过测量信号的反射回来的时间和强度来获取影像数据。可见光遥感具有高分辨率、高精度的优点,对于拍摄光照充足、地表特征较明显的区域效果较好。而SAR遥感具有无需光照、在夜间和云层较浓时仍能准确测量等优点,对于制图、地形测量、海洋监测等有着广泛的应用。但是由于SAR遥感信号的特殊性,其图像普遍比可见光遥感图像复杂,需要一定的图像处理技术进行矫正和拼接,以便于使用和分析。可见光图像是彩色的,可以显示地物的颜色和形状特征。SAR图像是黑白的,可以显示地物的反射率和相位信息。SAR图像具有全天候、全天时、不受天气影响的优势,但也存在斑点噪声、几何畸变等问题。图像融合是一种将多个图像的有用信息融合到一个图像中的技术,可以提高图像的质量和信息量。

可见光和SAR图像融合是一种利用可见光和SAR图像的互补性,得到更全面的地物信息的方法。如何将其有效融合,从而综合利用两者的优点,提高地表信息的提取精度和可靠性,是当前遥感影像处理领域的一个重要技术难题。具体而言,光学影像和SAR影像的融合存在以下几个关键问题:

数据异质性:光学影像和SAR影像分别基于不同的物理机制(电磁波的反射与散射)生成,导致它们在光谱、空间分辨率、噪声特性等方面存在显著差异。如何有效克服这种异质性,使得融合后的影像能够保留光学影像的高分辨率信息,同时兼具SAR影像的全时空观测能力,是技术攻关的核心问题。

影像配准:由于光学影像和SAR影像的成像几何差异,导致它们在空间对齐时面临较大挑战。高精度的影像配准是实现有效融合的前提,但在复杂地形和不同观测角度下,实现多源影像的高精度配准仍具有较高的技术难度。

融合算法的鲁棒性:现有的影像融合算法在面对复杂地形、强噪声干扰时,往往难以保持稳定的性能表现。如何设计一种鲁棒性强、适应性广的融合算法,使其能够在不同的地理环境和观测条件下均能有效工作,是解决这一技术瓶颈的重要方向。

基于以上技术难题,本项目拟通过技术攻关,实现以下技术指标:

高精度影像融合:通过引入深度学习模型,设计适用于光学和SAR影像特征提取的多层网络结构,达到在多种复杂环境下,融合影像的空间分辨率和信息保留率均不低于90%。

高精度影像配准:针对不同成像角度、复杂地形等条件,研发一种基于深度学习的自动影像配准方法,要求在配准精度上达到亚像素级别,并能够在大规模数据集上稳定实现。

鲁棒的融合算法:设计一种能够适应多种地理环境的鲁棒融合算法,该算法在强噪声条件下,仍能保持影像清晰度,要求在噪声环境下,融合影像的信噪比(SNR)提升不低于5dB。

通过本项目的研究,希望在光学影像与SAR影像融合的技术领域实现突破,克服当前技术壁垒,提供高精度、高鲁棒性的影像融合解决方案,为遥感影像分析与应用提供更为可靠的数据支持。


现有基础条件情况

目前,项目团队已在光学影像与SAR影像融合领域开展了初步研究工作,并取得了一定的进展。具体如下:

研究工作进展:

(1) 初步完成了多种经典影像融合算法的调研与分析,并基于卷积神经网络初步开发了一个光学与SAR影像融合的实验性框架。该框架已在部分公开数据集上进行了测试,初步验证了深度学习方法在影像融合中的可行性和潜力。

(2) 针对影像配准问题,设计了一个基于特征点匹配与几何校正的初步算法,并验证了其在部分实验场景下的有效性。

所处阶段:项目目前处于算法设计与验证的前期阶段。正在优化现有的深度学习模型结构,并计划进一步扩展实验数据集,进行更多复杂场景的验证。在影像配准与融合算法的核心部分取得了一些初步成果,但仍需进一步提升算法的鲁棒性和精度。

资金及人力投入:到目前为止,项目已投入研究经费约20万元人民币,用于算法开发、数据处理及设备采购等方面。团队由6名研究人员组成,包括2名数据工程师、4名算法工程师,成员具备丰富的遥感影像处理、深度学习及计算机视觉领域的经验。

仪器设备及生产条件:我们已购置并配置了用于大规模数据处理的高性能计算服务器,能满足深度学习模型的训练需求。同时,团队具备完整的数据处理软件工具链,并已获取了多个光学与SAR影像数据集,涵盖了不同地理环境和观测条件下的多样化场景。

基于以上条件,项目已具备了扎实的研究基础和良好的实验环境,为后续的深入研究与技术突破提供了有力支持。


预期成果及经济社会生态效益

本项目旨在开发高精度、高鲁棒性的光学与SAR影像融合技术,预期将为多个关键领域的应用提供突破性成果,具体如下:

预期应用场景:通过该技术的研发,融合后的影像将具备光学影像的高分辨率与SAR影像的全天候观测能力,可广泛应用于灾害监测、城市规划、环境保护、土地利用调查、森林资源管理等领域。例如,在自然灾害发生时,融合影像可以更快、更准确地提供受灾区域的详细信息,辅助决策者进行应急响应和资源调配。

产业转型升级贡献:本项目将突破遥感影像融合技术的核心瓶颈,为遥感产业提供一种新型的多源数据融合方法,助力遥感数据产品的升级。通过实现高精度的影像融合,能够显著提升遥感影像的应用价值,为智能化遥感分析、自动化地表监测等新兴领域奠定技术基础。这将促进遥感技术与大数据、人工智能等技术的深度融合,推动遥感行业向高精度、高智能化方向转型。

解决行业重大问题:该技术的成功应用将有效解决目前遥感影像在复杂地形、恶劣气候条件下信息获取不全面、分析不准确的问题。尤其在全球气候变化背景下,能够更好地支持生态环境监测与保护,为国家和企业在环境保护、资源管理等方面提供高效决策支持,缓解传统方法中的信息缺失与误判风险。

经济社会生态效益:预期成果将显著提升遥感影像的商业价值,推动相关产业链的创新发展。同时,精准的灾害监测与环境保护应用,将有效降低自然灾害和环境破坏带来的经济损失,保障社会公共安全与可持续发展。此外,通过更高效的资源管理与环境监测,项目成果将在生态保护、气候变化应对等方面产生积极的生态效益。


对技术难题解决应征方要求

对光学影像与SAR影像融合处理有较深入的研究,符合以下条件之一:1、负责人获得过类似题目的课题,或作为第一完成单位的省级或以上科技进步奖;2、负责人作为第一作者在EI/SCI/国内中文核心期刊发表/录用1篇以上该领域学术论文;3、有授权或实审的光学影像与SAR影像融合相关方面的发明专利。

本项目实施周期为1年。

本项目各方合作完成的技术成果和知识产权归需求方所有,但揭榜方享有署名权。

本项目成果由需求方推广,在项目实施期内产生的收益,根据产业化情况双方协商确定收益比例。


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