Neue hochauflösende Radarsatelliten wie TerraSAR-X beobachten die Erde auch in küstenfernen Regionen der Weltmeere unabhängig von Wetter und Tageszeit. Sie ermöglichen damit, im Radarbild sichtbare Objekte wie z.B. Schiffe zu entdecken, zu überwachen oder sogar zu erkennen. Auf dieser Basis realisierte technische Lösungen besitzen das Potential, aktuellen und künftigen Herausforderungen zu begegnen, welche u.a. durch die zunehmende Globalisierung bedingt sind, wie etwa Verkehrssicherheit bei dichtem Schiffsverkehr und Eindämmung von illegaler Fischerei, Schmuggel oder Piraterie. Das Teilprojekt DEKO des Verbundvorhabens DeMarine-Sicherheit hat zum Ziel, die Machbarkeit und Automatisierbarkeit der Auswertung von Satellitenbildern zu untersuchen und damit die technologische Basis für die Entwicklung und den Betrieb von maritimen Diensten zu prüfen. Für diese Untersuchungen hat Fraunhofer IOSB Verfahren zur Detektion und Klassifikation von Schiffen und anderen künstlichen maritimen Objekten in TerraSAR-X-Bildem entwickelt. Es konnten Schiffe und andere Objekte auf offener See und in Küsten- oder Hafennähe extrahiert werden, wobei auch eine Landmaske verwendet werden kann. Spezielle Segmentierungsverfahren schätzen aus der Radarsignatur geometrische Kenngrößen wie Position, Länge, Breite und Ausrichtung. Für Schiffe in Fahrt wurde die Heckwelle extrahiert und die Information über Bewegungsrichtung, Geschwindigkeit und korrigierte Position abgeleitet. Ein trainierter Klassifikator unterscheidet die Klassen Clutter (Signalstörungen), Nicht-Schiffe (Windkraftanlagen, Plattformen, usw.) und Schiffe sowie verschiedene Strukturtypen innerhalb der Schiffsklasse in ca. 80% der Fälle korrekt. Weiter wurden die voll-polarimetrischen Aufnahmen aus der TSX-DRA-Kampagne der DLR auf ihr Potential zur Verfahrensverbesserung untersucht. Insgesamt wurden die prinzipielle Machbarkeit der automatischen Detektion und der Ableitung von Objektparametern sowie die Eignung für Near-Real-Time-Anwendungen (NRT) nachgewiesen. Wie zuverlässig diese Ergebnisse auch unter widrigen Bedingungen erzielt werden können (z.B. bei Sturm, Eis, Signalstörungen) und welche Verfahrenserweiterungen hierfür erforderlich sind, kann in Nachfolgestudien mit entsprechenden Benchmarks und Referenzanwendungen ermittelt werden.
Today's high resolution SAR satellites such as TerraSAR-X remotely sense the ocean during all weather and daylight conditions and hence have large potential for detection, surveillance, or even recognition of man-made objects on the ocean's surface. Automatic approaches to meet these tasks can help facing new challenges, which come along with increasing globalization, such as transport safety in dense shipping traffic or curtailing illegal fishery, smuggling, or piracy. The subproject DEKO of the joint research project DeMarine Security aims to investigate the feasibility of automatic surveillance based on satellite images. The technical base for development and operation of maritime surveillance applications is to be established. Therefore, Fraunhofer IOSB has developed algorithms for detection and classification of ships and other man-made objects in TerraSAR-X images. Ships and suchlike objects on the open sea and in coastal or harbor areas were extracted. An optional landmask can support this process. Geometric parameters such as length, width, and orientation are estimated using customized object segmentation approaches. The ships' wakes were detected in order to gain additional information about position, heading, and velocity. A trained classifier separated the classes clutter, non-ship (wind turbines, groins, platforms, etc.), and ship as well as different ship structure classes with around 80% correct classifications. Furthermore, the potential of improving the approaches using quad-polarimetric images of DLR's TSX-DRA-campaign was analyzed. In conclusion, the basic feasibility of automatic detection and classification, the successful estimation of object parameters, and the capability for Near-Real-Time-applications (NRT) were demonstrated. The robustness of these algorithms in presence of adverse conditions such as storms, ice, or signal noise as well as the necessity for enhancements of the approaches in such cases are to be determined in follow-up studies with appropriate benchmarks and reference applications.
Detektion künstlicher maritimer Objekte in TerraSAR-X-Bildern . Schlussbericht zum VerbunvorhabenL:DeMarine Sicherheit. Teilprojekt "DEKO" . Laufzeit: 01.04.2008 - 31.03.2011
2011
41 Seiten, 22 Bilder, 3 Tabellen, 31 Quellen
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