aariПроблемы Арктики и АнтарктикиArctic and Antarctic Research0555-26482618-6713Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институтaari-44Research ArticleСтатьиВосстановление полей дрейфа морского льда по последовательным спутниковым радиолокационным изображениям методом прослеживания особых точекSea ice drift retrieval from SAR using feature trackingДемчевД. М.DemchevD. M.

Научный сотрудник.

Санкт-Петербург

ВолковВ. А.VolkovV. A.

Кандидат географических наук.

Санкт-Петербург

ХмелеваВ. С.KhmelevaV. S.

Младший научный сотрудник.

Санкт-Петербург

КазаковЭ. Э.KazakovE. E.Научный фонд «Центр по окружающей среде и дистанционному зондированию имени Нансена»; ГНЦ РФ Арктический и антарктический научно-исследовательский институтRussian FederationНаучный фонд «Центр по окружающей среде и дистанционному зондированию имени Нансена»Russian FederationНаучный фонд «Центр по окружающей среде и дистанционному зондированию имени Нансена»; Санкт-Петербургский государственный университет (СПбГУ)Russian Federation20163009201603519Copyright © Демчев Д.М., Волков В.А., Хмелева В.С., Казаков Э.Э., 20162016Демчев Д.М., Волков В.А., Хмелева В.С., Казаков Э.Э.Demchev D.M., Volkov V.A., Khmeleva V.S., Kazakov E.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.aaresearch.science/jour/article/view/44

Описываются подходы к автоматизированному расчету дрейфа морского льда по последовательным изображениям на основе данных активной радиолокации РСА-SAR (радиолокаторы с синтезированной апертурой). Предлагается оригинальный алгоритм на основе применения многомасштабного представления изображений с использованием адаптивного подавления шумов. Приводятся оценки качества расчетов с использованием данных спутника Sentinel-1А, демонстрируются преимущества разработанного алгоритма на основе результатов сопоставления с существующими мировыми аналогами.

The state of the art methods for sea ice drift retrieval from sequential SAR images are described. An original algorithm based on scale-spaced image representation that effi cient both to noise suppression and signal preserving is proposed. The validation of the algorithm against the manual-derived reference data presented. Its advantages demonstrated in comparison with previously developed algorithms using Sentinel-1a data.

дрейф морского льдаРСА-SARспутниковые изображенияАрктикаsea ice driftSARsatellite dataArcticМинистерство образования и науки Российской Федерации в рамках проекта Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научнотехнологического комплекса России на 2014–2020 годы» по теме «Суда и волны в полярных регионах» (Соглашение № 14.618.21.0005, Уникальный идентификатор проекта: RFMEFI61815X0005)ReferencesРахина Т.В., Александров В.Ю., Бушуев А.В., Сандвен С. Определение дрейфа льдов по радиолокационным изображениям спутника «Океан» с использованием кросс-корреляционного алгоритма // Исследование Земли из космоса. 1998. № 4. С. 107–115.Рахина Т.В., Александров В.Ю., Бушуев А.В., Сандвен С. Определение дрейфа льдов по радиолокационным изображениям спутника «Океан» с использованием кросс-корреляционного алгоритма // Исследование Земли из космоса. 1998. № 4. С. 107–115.Alcantarilla P.F., Bartoli A., Davison A.J. KAZE features // Computer Vision — ECCV 2012. Berlin; Heidelberg: Springer, 2012. P. 214–227.Alcantarilla P.F., Bartoli A., Davison A.J. KAZE features // Computer Vision — ECCV 2012. Berlin; Heidelberg: Springer, 2012. P. 214–227.Bay H., Tuytelaars T., Van Gool L. Surf: Speeded up robust features // Computer vision — ECCV 2006. Berlin; Heidelberg: Springer, 2006. P. 404–417.Bay H., Tuytelaars T., Van Gool L. Surf: Speeded up robust features // Computer vision — ECCV 2006. Berlin; Heidelberg: Springer, 2006. P. 404–417.Bretzner L., Lindeberg T. Feature Tracking with Automatic Selection of Spatial Scales // Computer Vision and Image Understanding. 1998. Vol. 71. № 3. P. 385–392.Bretzner L., Lindeberg T. Feature Tracking with Automatic Selection of Spatial Scales // Computer Vision and Image Understanding. 1998. Vol. 71. № 3. P. 385–392.Collins M.J., Emery W.J. A computational method for estimating sea ice motion in sequential Seasat synthetic aperture radar imagery by matched fi ltering // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1988. Vol. 93. № C8. P. 9241–9251.Collins M.J., Emery W.J. A computational method for estimating sea ice motion in sequential Seasat synthetic aperture radar imagery by matched fi ltering // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1988. Vol. 93. № C8. P. 9241–9251.Curlander J., Holt B., Hussey K. Determination of sea ice motion using digital SAR imagery // IEEE Journal of Oceanic Engineering. 1985. № 4. P. 358–367.Curlander J., Holt B., Hussey K. Determination of sea ice motion using digital SAR imagery // IEEE Journal of Oceanic Engineering. 1985. № 4. P. 358–367.Dellinger F. et al. SAR-SIFT: A SIFT-like algorithm for applications on SAR images // Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS). 2012. P. 3478–3481.Dellinger F. et al. SAR-SIFT: A SIFT-like algorithm for applications on SAR images // Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS). 2012. P. 3478–3481.Dorado-Munoz L.P., Velez-Reyes M., Mukherjee A., Roysam B. A Vector SIFT Detector for Interest Point Detection in Hyperspectral Imagery // IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 2012. № 11. P. 4521–4533.Dorado-Munoz L.P., Velez-Reyes M., Mukherjee A., Roysam B. A Vector SIFT Detector for Interest Point Detection in Hyperspectral Imagery // IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 2012. № 11. P. 4521–4533.Duits R. et al. On the axioms of scale space theory // Journal of Mathematical Imaging and Vision. 2004. Vol. 20. № 3. P. 267–298.Duits R. et al. On the axioms of scale space theory // Journal of Mathematical Imaging and Vision. 2004. Vol. 20. № 3. P. 267–298.Fily M., Rothrock D.A. Quantitative use of satellite SAR imagery of sea ice // Advances in Space Research. 1987. Vol. 7. № 11. P. 323–326.Fily M., Rothrock D.A. Quantitative use of satellite SAR imagery of sea ice // Advances in Space Research. 1987. Vol. 7. № 11. P. 323–326.Goncalves H., Corte-Real L., Goncalves J.A. Automatic image registration through image segmentation and SIFT // Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on. 2011. Vol. 49. №. 7. P. 2589–2600.Goncalves H., Corte-Real L., Goncalves J.A. Automatic image registration through image segmentation and SIFT // Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on. 2011. Vol. 49. №. 7. P. 2589–2600.Grewenig S., Weickert J., Bruhn A. From Box Filtering to Fast Explicit Diffusion // Lecture Notes in Computer Science. 2010. P. 533–542.Grewenig S., Weickert J., Bruhn A. From Box Filtering to Fast Explicit Diffusion // Lecture Notes in Computer Science. 2010. P. 533–542.Hall R.T., Rothrock D.A. Sea ice displacement from Seasat synthetic aperture radar // Journal of Geophysical Research. 1981. Vol. 86. № C11. P. 11078–11082.Hall R.T., Rothrock D.A. Sea ice displacement from Seasat synthetic aperture radar // Journal of Geophysical Research. 1981. Vol. 86. № C11. P. 11078–11082.Karvonen J. Operational SAR-based sea ice drift monitoring over the Baltic Sea // Ocean Sci. Discuss. 2012. Vol. 9. № 1. P. 359–384.Karvonen J. Operational SAR-based sea ice drift monitoring over the Baltic Sea // Ocean Sci. Discuss. 2012. Vol. 9. № 1. P. 359–384.Koenderink Jan J. The structure of images // Biol. Cybern. 1984. Vol. 50. № 5. P. 363–370.Koenderink Jan J. The structure of images // Biol. Cybern. 1984. Vol. 50. № 5. P. 363–370.Komarov A.S., Barber David G. Sea Ice Motion Tracking From Sequential Dual-Polarization RADARSAT-2 Images // IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 2014. Vol. 52. № 1. P. 121–136.Komarov A.S., Barber David G. Sea Ice Motion Tracking From Sequential Dual-Polarization RADARSAT-2 Images // IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 2014. Vol. 52. № 1. P. 121–136.Kwok R., Tsatsoulis C. Analysis of SAR Data of the Polar Oceans. Berlin; Heidelberg: Springer, 1998. P. 235–259.Kwok R., Tsatsoulis C. Analysis of SAR Data of the Polar Oceans. Berlin; Heidelberg: Springer, 1998. P. 235–259.Lowe D.G. Distinctive image features from scale-invariant keypoints // International journal of computer vision. 2004. Vol. 60. № 2. P. 91–110.Lowe D.G. Distinctive image features from scale-invariant keypoints // International journal of computer vision. 2004. Vol. 60. № 2. P. 91–110.Ninnis R.M., Emery W.J., Collins M.J. Automated extraction of pack ice motion from advanced very high resolution radiometer imagery // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1986. Vol. 91. № C9. P. 10725–10734.Ninnis R.M., Emery W.J., Collins M.J. Automated extraction of pack ice motion from advanced very high resolution radiometer imagery // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1986. Vol. 91. № C9. P. 10725–10734.Pedersen L.T., Saldo R., Fenger-Nielsen R. Sentinel-1 results: Sea ice operational monitoring // Proceedings of Igarss IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS). 26–31 July 2015. P. 2828–2831.Pedersen L.T., Saldo R., Fenger-Nielsen R. Sentinel-1 results: Sea ice operational monitoring // Proceedings of Igarss IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS). 26–31 July 2015. P. 2828–2831.Perona P., Malik J. Scale-space and edge detection using anisotropic diffusion // Pattern Analysis and Machine Intelligence, IEEE Transactions on. 1990. Vol. 12. № 7. P. 629–639.Perona P., Malik J. Scale-space and edge detection using anisotropic diffusion // Pattern Analysis and Machine Intelligence, IEEE Transactions on. 1990. Vol. 12. № 7. P. 629–639.Rampal P., Weiss J., Marsan D. Positive trend in the mean speed and deformation rate of Arctic sea ice, 1979–2007 // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2009. Vol. 114. № C5. doi: 10.1029/2008JC005066Rampal P., Weiss J., Marsan D. Positive trend in the mean speed and deformation rate of Arctic sea ice, 1979–2007 // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2009. Vol. 114. № C5. doi: 10.1029/2008JC005066Rublee E., Rabaud V., Konolige K., Bradski G. ORB: an effi cient alternative to SIFT or SURF // IEEE I. Conf. Comp. Vis. (ICCV). 6–13 November 2011. P. 2564–2571.Rublee E., Rabaud V., Konolige K., Bradski G. ORB: an effi cient alternative to SIFT or SURF // IEEE I. Conf. Comp. Vis. (ICCV). 6–13 November 2011. P. 2564–2571.Schwind P. et al. Applicability of the SIFT operator to geometric SAR image registration // International Journal of Remote Sensing. 2010. Vol. 31. № 8. P. 1959–1980.Schwind P. et al. Applicability of the SIFT operator to geometric SAR image registration // International Journal of Remote Sensing. 2010. Vol. 31. № 8. P. 1959–1980.Thomas M., Geiger C.A., Kambhamettu C. High resolution (400 m) motion characterization of sea ice using ERS-1 SAR imagery // Cold Regions Science and Technology. 2008. Vol. 52. № 2. P. 207–223.Thomas M., Geiger C.A., Kambhamettu C. High resolution (400 m) motion characterization of sea ice using ERS-1 SAR imagery // Cold Regions Science and Technology. 2008. Vol. 52. № 2. P. 207–223.Vesecky J.F., Samadani R., Smith M.P., Daida J.M., Bracewell R.N. Observation of sea ice dynamics using synthetic aperture radar images: automated analysis // IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 1988. Vol. 26. № 1. P. 38–48Vesecky J.F., Samadani R., Smith M.P., Daida J.M., Bracewell R.N. Observation of sea ice dynamics using synthetic aperture radar images: automated analysis // IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 1988. Vol. 26. № 1. P. 38–48Wang S., You H., Fu K. BFSIFT: A novel method to fi nd feature matches for SAR image registration // Geoscience and Remote Sensing Letters, IEEE. 2012. Vol. 9. №. 4. P. 649–653.Wang S., You H., Fu K. BFSIFT: A novel method to fi nd feature matches for SAR image registration // Geoscience and Remote Sensing Letters, IEEE. 2012. Vol. 9. №. 4. P. 649–653.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.