Sea ice drift retrieval from SAR using feature tracking

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 r...

Full description

Bibliographic Details
Published in:Arctic and Antarctic Research
Main Authors: D. M. Demchev, V. A. Volkov, V. S. Khmeleva, E. E. Kazakov, Д. М. Демчев, В. А. Волков, В. С. Хмелева, Э. Э. Казаков
Other Authors: Министерство 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)
Format: Article in Journal/Newspaper
Language:Russian
Published: Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт 2016
Subjects:
Арктика
SAR
satellite data
Arctic
РСА-SAR
спутниковые изображения
Sea ice
Online Access:https://www.aaresearch.science/jour/article/view/44
id ftjaaresearch:oai:oai.aari.elpub.ru:article/44
record_format openpolar
institution Open Polar
collection Arctic and Antarctic Research
op_collection_id ftjaaresearch
language Russian
topic Арктика
SAR
satellite data
Arctic
РСА-SAR
спутниковые изображения
spellingShingle Арктика
SAR
satellite data
Arctic
РСА-SAR
спутниковые изображения
D. M. Demchev
V. A. Volkov
V. S. Khmeleva
E. E. Kazakov
Д. М. Демчев
В. А. Волков
В. С. Хмелева
Э. Э. Казаков
Sea ice drift retrieval from SAR using feature tracking
topic_facet Арктика
SAR
satellite data
Arctic
РСА-SAR
спутниковые изображения
description 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. 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.
author2 Министерство 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)
format Article in Journal/Newspaper
author D. M. Demchev
V. A. Volkov
V. S. Khmeleva
E. E. Kazakov
Д. М. Демчев
В. А. Волков
В. С. Хмелева
Э. Э. Казаков
author_facet D. M. Demchev
V. A. Volkov
V. S. Khmeleva
E. E. Kazakov
Д. М. Демчев
В. А. Волков
В. С. Хмелева
Э. Э. Казаков
author_sort D. M. Demchev
title Sea ice drift retrieval from SAR using feature tracking
title_short Sea ice drift retrieval from SAR using feature tracking
title_full Sea ice drift retrieval from SAR using feature tracking
title_fullStr Sea ice drift retrieval from SAR using feature tracking
title_full_unstemmed Sea ice drift retrieval from SAR using feature tracking
title_sort sea ice drift retrieval from sar using feature tracking
publisher Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт
publishDate 2016
url https://www.aaresearch.science/jour/article/view/44
geographic Arctic
geographic_facet Arctic
genre Arctic
Arctic
Sea ice
Арктика
genre_facet Arctic
Arctic
Sea ice
Арктика
op_source Arctic and Antarctic Research; № 3 (2016); 5-19
Проблемы Арктики и Антарктики; № 3 (2016); 5-19
2618-6713
0555-2648
10.30758/0555-2648-2016-0-3
op_relation https://www.aaresearch.science/jour/article/view/44/44
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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:10.1029/2008JC005066
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.
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. 38–48
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.
https://www.aaresearch.science/jour/article/view/44
undefined
op_rights Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договорённости, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).
op_doi https://doi.org/10.30758/0555-2648-2016-0-310.1029/2008JC005066
container_title Arctic and Antarctic Research
container_volume 64
container_issue 4
container_start_page 427
op_container_end_page 438
_version_ 1802639153845764096
spelling ftjaaresearch:oai:oai.aari.elpub.ru:article/44 2024-06-23T07:48:49+00:00 Sea ice drift retrieval from SAR using feature tracking Восстановление полей дрейфа морского льда по последовательным спутниковым радиолокационным изображениям методом прослеживания особых точек D. M. Demchev V. A. Volkov V. S. Khmeleva E. E. Kazakov Д. М. Демчев В. А. Волков В. С. Хмелева Э. Э. Казаков Министерство 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) 2016-09-30 application/pdf https://www.aaresearch.science/jour/article/view/44 rus rus Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт https://www.aaresearch.science/jour/article/view/44/44 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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:10.1029/2008JC005066 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. 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. 38–48 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. https://www.aaresearch.science/jour/article/view/44 undefined Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access). Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договорённости, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access). Arctic and Antarctic Research; № 3 (2016); 5-19 Проблемы Арктики и Антарктики; № 3 (2016); 5-19 2618-6713 0555-2648 10.30758/0555-2648-2016-0-3 Арктика SAR satellite data Arctic РСА-SAR спутниковые изображения info:eu-repo/semantics/article info:eu-repo/semantics/publishedVersion 2016 ftjaaresearch https://doi.org/10.30758/0555-2648-2016-0-310.1029/2008JC005066 2024-05-31T03:22:51Z 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. 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. Article in Journal/Newspaper Arctic Arctic Sea ice Арктика Arctic and Antarctic Research Arctic Arctic and Antarctic Research 64 4 427 438

Similar Items