AI绘制的哥白尼哨兵一号卫星(Copernicus Sentinel-1) /MetaGeo
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Vrînceanu, C. A., Grebby, S., & Marsh, S. (2023). The performance of speckle filters on Copernicus Sentinel-1 SAR images containing natural oil slicks. Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology, 56(3). https://doi.org/10.1144/qjegh2022-046 ● 评估了六种不同散斑滤波器在改进 SAR 图像中溢油检测方面的有效性，发现与未滤波图像相比，所有六种滤波器都改进了检测。
● Frost 滤波器被发现是基于其高检测概率 (POD) 和低误报率 (FAR) 值的漏油检测最有效的滤波器 。
● 该研究的结果对于改进溢油应急工作和保护海洋生态系统免受溢油造成的环境破坏具有重要意义。
摘要： 然而，由于SAR图像上存在斑点效应（一种与SAR的相干性相关的颗粒状伪影），通过统计分析有效地解读SAR图像可能会受到影响，该效应在视觉上降低了图像质量。 在本研究中，我们对常见的SAR图像去斑方法进行了定量和定性评估，分析了这些方法在应用于含有自然石油泄漏的图像时的性能。评估基于欧洲哥白尼“哨兵-1”卫星获取的各种时间和环境条件下的图像。评估涵盖了在空间、变换和小波域中运用贝叶斯和非线性统计的各种滤波器，主要关注它们在边缘和纹理保持方面的性能和能力。 结果显示，使用空间域中的局部统计的滤波器产生了一致的期望效果。尽管计算需求较高，但新颖的SAR-BM3D算法可以有效地使用。
背景： 石油泄漏是一个主要的环境问题，可能对海洋生态系统造成破坏性影响。合成孔径雷达 (SAR) 图像由于能够穿透云层并提供高分辨率图像而被用于检测漏油。然而，SAR 图像经常受到斑点噪声的影响，这使得准确检测溢油变得困难。本研究旨在评估散斑滤波器在改进 SAR 图像中溢油检测方面的有效性。
方法： 该研究使用来自欧洲航天局 Sentinel-1 卫星的 SAR 图像来评估不同散斑滤波器在溢油检测中的有效性。总共评估了六个散斑滤波器，包括 Frost、Gamma-MAP、Lee、Median、Kuan 和 Enhanced Lee 滤波器。使用两个指标评估每个滤波器的性能：检测概率 (POD) 和误报率 (FAR) 结果： 结果表明，与未过滤的 SAR 图像相比，所有六个散斑滤波器都改进了漏油检测。Frost 滤波器具有最高的 POD 和最低的 FAR 值，表明它是检测溢油最有效的滤波 器 。Gamma-MAP 滤波 器 在高 POD 值下也表现良好，但 FAR 高于 Frost 滤波 器 结论： 这项研究评估了不同的散斑滤波器以改进 SAR 图像中的溢油检测，并发现与未滤波图像相比，所有六种滤波器都改进了检测。Frost 滤波 器 被发现是基于其高 POD 和低 FAR 值的最有效滤波 器 。这些发现对于改进溢油响应工作和保护海洋生态系统免受溢油造成的环境破坏具有重要意义 。
图. 单极化乘法散斑模型。
图. 哥白尼哨兵1号SAR 图像上里泽油渗漏和科布列季海脊渗流簇的位置（2018年8月31日） 。
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颗粒状伪影 ，会降低图像质量。它会降低通过统计分析对SAR图像进行高效解释的能力。散斑效应会使得油污难以与海面上的其他特征区分开来，因为它们看起来像是与周围海面亮度形成对比的黑色斑块 。这种区分对于设计使用计算机视觉方法进行客观油污识别的自动化检测算法是必要的
█ 散斑滤波器如何提高SAR图像上油污识别的准确性 ？
散斑滤波器通过抑制SAR图像上的散斑效应来工作，从而提高图像质量并使油污更容易被识别。这些滤波器使用各种数学算法来平滑由散斑引起的颗粒状伪影，同时保留图像边缘和细节。这样就可以得到更清晰、更准确地反映海面情况的图像，从而更容易区分油污和其他特征。本文提到的研究对常见SAR图像去散斑方法进行了定量和定性评估，分析了它们在应用于包含自然油污的图像时的性能。
█ 散斑滤波器在SAR图像上识别自然油污方面有哪些局限性 ？
本研究对包含自然油污的哥白尼哨兵一号SAR图像进行了散斑滤波器性能评估。评估结果表明，不同的散斑滤波器在不同的环境条件下表现出不同的性能。一些滤波器可能会过度平滑图像，导致油污和其他特征之间的区分变得更加困难。此外，一些滤波器可能会在保留细节方面存在局限性，从而影响对油污的准确识别。因此，在选择散斑滤波器时需要考虑到这些限制，并根据具体情况进行选择和调整。
原文请查阅 Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology。
原文链接：https://doi.org/10.1144/qjegh2022-046
专题论文集 ：用于地球和其他行星现场调查的遥感技术 ”专题论文集的一部分，详情请查阅：
哨兵系列卫星和哥白尼计划
哥白尼哨兵一号卫星(Copernicus Sentinel-1) /www.esa.int
哨兵系列卫星 是欧盟的一个地球观测卫星群，是欧洲 哥白尼计划的一部分。它由欧洲委员会投资，欧洲航天局研制。它包括多个不同的卫星任务，每个任务都有特定的目标和仪器。目前已经发射了哨兵1、2、3、5P和6号卫星，还有哨兵4、5、7等计划中的卫星。哨兵1号 卫星是用于陆地和海洋观测的全天时、全天候雷达成像任务，能在任何天气和光照条件下捕获地球表面的图像 。它可以提供高分辨率的雷达图像，用于监测海冰、海洋环境、土地变化、灾害应急等应用。 作为最早升空的哨兵系列卫星， 哨 兵 1号 向哥白尼计划提供了大量的数据和图像。 通过为广 泛的应用领域提供一套关键信息服务，这个全球监测项目极大地改变了我们管理环境、理解和应对气候变化以及保障日常生活的方式。 作为哨兵系列中的第一颗卫星，哨兵1号搭载了先进的雷达仪器，能在任何天气条件、白天或黑夜，提供地球表面的影像。这款C频段的合成孔径雷达（SAR）在欧洲航天 局（ESA）和加拿大的ERS-1、ERS-2、Envisat和Radarsat等传统SAR系统基础上进行了改进。
哨兵1号任务设计为两颗相距180°的卫星构成的星座，使我们能够每六天获得全球的影像数据。 除了将数据传输到全球多个地面站实现快速传播，哨兵1号还搭载了激光器，将数据传输至地球同步轨道的欧洲数据中继系统，以实现连续的数据传输。 此项任务对众多服务领域产生了积极影响。例如 ，关于监测北极海冰范围、常规海冰绘图、海洋环境监控（包括油污监测和海事安全的船只侦测）、监测陆地表面的运动风险、森林、水和土壤管理 的绘图，以及支援人道主义援助和应对危机情况的绘图等服务。
哨兵1号的设计注重可靠性、运营稳定性、全球覆盖以及快速的数据传输，预期将推动新应用的发展，满足哥白尼计划项目不断演变的需求。哨兵1号是欧洲航天局、欧洲委员会、工业界、服务提供商和数据用户的紧密合作成果。这颗卫星由泰雷兹阿伦尼亚太空公司（Thales Alenia Space）和空中巴士防务与航天公司（Airbus Defence and Space）牵头，约60家公司参与设计和制造，体现了欧洲的技术优越性。 哨兵1号A于2014年4月3日发射，哨兵1号B于2016年4月25日发射，两颗卫星均由联盟号火箭从法属圭亚那的欧洲太空港送入轨道。Sentinel-1B 的任务于 2022 年结束。 哨兵2号 卫星用于陆地和海洋生物量、土壤湿度等生态和环境 监测的多光谱高分辨率成像任务。它可以提供 13个波段的光学图像，用于监测植被、土壤和水覆盖、内陆水路和沿海区域等。它还可以用于紧急救援服务。 哨兵3号 卫星是一项多仪器任务，用于高精度测量海面地形、海面和地表温度、海洋水色和土壤特性。它还将支持海洋预报系统及环境与气候监测。哨兵4号 载荷专用于大气化学成分监测，将搭载在第三代气象卫星－S（MTG－S）上。哨兵5P号 卫星是哨兵5号卫星的先导卫星，用于及时提供有关影响空气质量和气候的多种微量气体和气溶胶的数据。它的开发是为了减少欧洲“环境卫星”（Envisat）和哨兵5号卫星之间的数据缺口。哨兵6号 卫星是用于测量全球海平面高度的雷达测高仪任务。它主要用于操作海洋学和气候研究。哥白尼计划 是欧洲联盟的地球观测项目，被誉为是全球最大的单一地球观测项目。该项目 以欧洲航天局的哨兵卫星系列为基础，提供了大量的地球观测数据。 哥白尼计划的目标是通过持续、全面的全球监测，提高对环境和安全问题的理解和管理。这个项目的数据应用范围非常广泛，可以支持农业、渔业、健康、教育、城市规划、交通和旅游等许多领域的决策制定。 哥白尼计划不仅提供了有关大气、海洋、陆地和气候变化的关键信息，还为应对紧急情况，如自然灾害和人为灾害提供了有用的数据。作为该计划的 一部 分，哨兵卫星 系列，对地球表面进行全面覆盖的监测。例如， 哨兵1号 能在任何天气和光照条件下捕获地球表面的图像， 哨兵2号 则。 尼古拉·哥白尼(Nicolaus Copernicus, 1473—1543)肖像，绘于1580年托伦旧市区 /wikipedia.org 尼古拉·哥白尼 （拉丁语：Nicolaus Copernicus，波兰语：Mikołaj Kopernik，1473年2月19日—1543年5月24日）是文艺复兴时期杰出的 波兰数学家、天文学家、医生和经济学家 ，他是近代天文学的重要开 创者，被誉为现代天文学之父 。 哥白尼出生于皇家普鲁士，该地区自1466年隶属于波兰王国。 哥白尼获得了教会法规博士学位，同时也是一名医生，通晓多国语言，了解古典文学，能够胜任翻译，做过执政官、外交官，也是一名经济学家（后续几项都没有学历学位）。1517年 ，哥白尼总结了 货币量化理论 ，成 为当今经济学的重要基础之一 。 1519年，哥白尼在托马 斯·格雷沙姆之前总结出 劣币驱逐良币理论 的前身。 哥 白尼 最著名的贡献是提倡日心说 ，该理论对于科学革命产生了深远影响。1543年哥 白 尼临终前发表了 《天体运行论》 一般认为他著的是现代天文学的起步点。它开启了哥白尼革命，并对推动科学革命有相当大的贡献。 哥 白尼在其著作 《天体运行论》 中阐述了日心说，提出地球 并非宇宙的中心，而是 公转 绕太 阳运动，这 个观点彻底改变了人们对宇宙的理解。这一理论在当时的教会 和学 术界中引发了巨大的争议，但最终得到了科学界的认可，并奠定了现代天文学的基础。 哥白尼原则（Copernican principle） ，又称哥白尼原理，是哥白尼的又一重大贡献，它 是 一种哲学的陈述：人类在观测宇宙时并非处于一个特殊地位（例如由造物者特别打造的中心位置），类似 平庸原 理（mediocrity principle） 。 原本托勒密模型的天空将地球放置 在太阳系的中心，哥白尼则发现天体的运动可以不用地球（或别的）在中心的几何系统来解释，所以他假设从一个特别的位置来观测是可以转化至别的位置来说明。 哲学家伊曼努尔·康德用“哥白尼回转轮”来阐述他的《当代认识论》 中肯的思想方法的效应。他把知识主题的外在情况和品质归咎于人的所有概念和经验主义的经验中心，并且克服了理性主义 - 经验主义的僵局，成为17和18世纪的特色。 将哥白尼原则应用在宇宙论上，也就是认为宇宙在大尺度下是均质和各向同性的。这个原则不仅仅是一种哲学上的声明，也是一种重大的认知：从均质和各向同性的观点看，在统计上产生大规模的偏差是不可能的 ；这也就是承认在观测上的发现，可以经由各种不同的观测加以印证。 在实务上，天文学家在超星系团、星系纤维和空洞的尺度上观测时，仍有不同的结构，但考虑到更大，在2亿秒差距的尺度时，宇宙基本上是均质的。但是，当这是真实的，则宇宙在大尺度的时间上不是均质和各向同性的，因为它是从条件极端不同下的大霹雳演化过来的，并且将继续往极端不同的情况发展下去，特别在暗能量的影响不断提升下，明显的朝向大冰冻或是大割裂发展。在非宇宙论时间尺度下的时间内宇宙是均质的，但是在基本粒子交互作用的时间尺度内不是各向同性的。在大尺度下各向异性的时间将导出最基本的近代物理的悬案。 2011年，中国科学院上海天文台研究员张鹏杰对哥白尼原理进行了检验，证实在径向尺度30亿光年以上哥白尼原则成立。 哥白尼的成就对于启蒙时代和现代科学产生了深远影响。哥白尼是人类科学史上的一位重要人物，他的理论和发现至今仍影响着我们对宇宙的理解。 哥白尼原则对地质统计学、地质力学、工程地质和岩土力学的启示 哥白尼原理（Copernican principle） 是在地球力学和地质统计中一个重要的概念。它源于尼古拉·哥白尼的观察，他提出我们并非处在宇宙的中心，而是其中一个平凡的观察者。在地球科学中，这个原理被引申为对地壳的观察和分析应认为是在一个“典型的”位置进行，也就是说我们不应假定我们观察的是一个特殊或者独特的现象。在地球力学和地质统计中，哥白尼原理的意涵是地质过程和地壳的构造在大尺度上应该是均匀和同质的 ，也就是说，我们在地球上任何一个地点观察到的现象，应该可以被看作是在任何其他地点可能观察到的典型现象。这种假设在某种程度上对地质过程的模型化和预测具有基础性的作用。 在岩土力学和工程地质中，哥白尼原理也有着相应的启示和应用。在这些领域中，哥白尼原理通常被解释为我们对岩土体的观察和分析应当视为在一个“典型的”位置进行，我们观察到的岩土体现象不应被视为特例，而应被看作是在其他地点可能观察到的典型现象 。在实际应用中，这意味着我们的岩土力学模型和工程地质分析方法应当能够适用于各种各样的地质环境和工程条件。长期以来，这一隐含假设事实上成为工程地质分析的理论基石之一，但工程地质界极少从哥白尼原理的理论高度进行总结 。 例如，在设计和分析地基、坡体、隧道等地质工程时，我们通常假设岩土体的力学性质（如弹性模量、强度参数等）在一定的范围内是均匀的。这是哥白尼原理在这个领域中的具体体现。同样，我们在预测和分析岩土工程中可能发生的变形、破坏和灾害时，也常常基于哥白尼原理来构建我们的模型和方法。 但是，哥白尼原理也有其局限性。实际上，我们知道地壳的结构和地质过程的发展是复杂并且具有多样性的，也需要配合更多具体的地质和地球物理观测资料。 并且，岩土体的力学性质和地质状况是复杂且多样的，岩石和土壤的性质可以因地质时期、成岩环境、水文条件等多种因素而差异显著。因此，在应用哥白尼原理时，我们也需要注意 这个原理的局限性，结合具体的地质观察和实验数据，对其进行适当的修正和细化。 哥白尼原理在地球科学的应用中，促进了我们对地壳和地质过程的大尺度理解和统计分析，它为地球科学的发展提供了一个重要的思考框架。在尺度相对较小的工程地质和 岩土 力学中，哥白尼 原理 的应用有助于我们构建和理解岩土体的宏观力学行为，为岩土工程的设计和分析提供了重要的理论基础 。
