Entropias e somas compostas para matrizes estocásticas aplicadas a sistemas PolSAR
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Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFPE |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/40162 |
Resumo: | O Radar de Abertura Sintética (SAR) e sua versão polarimétrica (PolSAR) têm sido usados com sucesso como ferramentas de sensoriamento remoto. Entre suas vantagens, tais sistemas podem fornecer imagens com alta resolução espacial, operar em várias condições climáticas e fornecer informações sobre uma cena geográfica a partir de múltiplas perspecti vas. Entretanto, as imagens SAR/PolSAR são contaminadas por um padrão de interferência denominado ruído speckle e precisam receber um tratamento especializado (em particular, nos contextos de segmentação e modelagem). No sentido de modelagem, as distribuições 0 e 0 têm sido sugeridas para descrever os retornos SAR e PolSAR devido as suas flexibilida des para entender cenários heterogêneos. Recentemente, a aplicação de medidas da teoria da informação (como entropia) para quantificar o contraste tem encontrado uma posição de des taque no processamento de imagens SAR/PolSAR. Nesta tese, primeiramente são propostas expressões de forma fechada da entropia de Shannon para as distribuições 0 e 0 e, como consequência, novos procedimentos de segmentação e detecção de mudanças baseados nas entropias são fornecidos. Aplicações em imagens reais SAR e PolSAR ilustram e confirmam a importância das propostas, comparativamente a outras propostas bem definidas na literatura. Em segundo lugar, dois novos modelos matriciais deduzidos a partir do uso de soma esto cástica para dados PolSAR são propostos, denominados por distribuições composta Poisson truncada Wishart complexa (CPTC ) e composta geométrica Wishart complexa (CGC ). Algumas de suas propriedades matemáticas são derivadas e discutidas: função característica e cumulantes do tipo Mellin. Além disso, são fornecidos procedimentos de estimação por má xima verossimilhança (MV) via algoritmo Expectation-Maximization para os parâmetros das distribuições CPTC e CGC bem como ferramentas gráficas de bondade de ajuste com base na transformada de Mellin. Resultados de experimentos Monte Carlo indicam que as es timativas de MV podem se comportar como o que é assintoticamente esperado (pequeno viés e erro quadrático médio), mesmo para tamanhos de amostra pequenos. Por fim, realizamos aplicações a imagens PolSAR, as quais evidenciam que os modelos propostos podem superar outras distribuições bem conhecidas, tais como sC , 0 e . |
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FERREIRA, Jodavid de Araújohttp://lattes.cnpq.br/4617170601890026http://lattes.cnpq.br/9853084384672692NASCIMENTO, Abraão David Costa do2021-05-24T22:36:38Z2021-05-24T22:36:38Z2021-02-26FERREIRA, Jodavid de Araújo. Entropias e somas compostas para matrizes estocásticas aplicadas a sistemas polsar. 2021. Tese (Doutorado em Estatística) - Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2021.https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/40162O Radar de Abertura Sintética (SAR) e sua versão polarimétrica (PolSAR) têm sido usados com sucesso como ferramentas de sensoriamento remoto. Entre suas vantagens, tais sistemas podem fornecer imagens com alta resolução espacial, operar em várias condições climáticas e fornecer informações sobre uma cena geográfica a partir de múltiplas perspecti vas. Entretanto, as imagens SAR/PolSAR são contaminadas por um padrão de interferência denominado ruído speckle e precisam receber um tratamento especializado (em particular, nos contextos de segmentação e modelagem). No sentido de modelagem, as distribuições 0 e 0 têm sido sugeridas para descrever os retornos SAR e PolSAR devido as suas flexibilida des para entender cenários heterogêneos. Recentemente, a aplicação de medidas da teoria da informação (como entropia) para quantificar o contraste tem encontrado uma posição de des taque no processamento de imagens SAR/PolSAR. Nesta tese, primeiramente são propostas expressões de forma fechada da entropia de Shannon para as distribuições 0 e 0 e, como consequência, novos procedimentos de segmentação e detecção de mudanças baseados nas entropias são fornecidos. Aplicações em imagens reais SAR e PolSAR ilustram e confirmam a importância das propostas, comparativamente a outras propostas bem definidas na literatura. Em segundo lugar, dois novos modelos matriciais deduzidos a partir do uso de soma esto cástica para dados PolSAR são propostos, denominados por distribuições composta Poisson truncada Wishart complexa (CPTC ) e composta geométrica Wishart complexa (CGC ). Algumas de suas propriedades matemáticas são derivadas e discutidas: função característica e cumulantes do tipo Mellin. Além disso, são fornecidos procedimentos de estimação por má xima verossimilhança (MV) via algoritmo Expectation-Maximization para os parâmetros das distribuições CPTC e CGC bem como ferramentas gráficas de bondade de ajuste com base na transformada de Mellin. Resultados de experimentos Monte Carlo indicam que as es timativas de MV podem se comportar como o que é assintoticamente esperado (pequeno viés e erro quadrático médio), mesmo para tamanhos de amostra pequenos. Por fim, realizamos aplicações a imagens PolSAR, as quais evidenciam que os modelos propostos podem superar outras distribuições bem conhecidas, tais como sC , 0 e .FACEPESynthetic aperture radar (SAR) and polarimetric synthetic aperture radar (PolSAR) have been successfully used as remote sensing tools. Among their advantages such systems can provide images with high spatial resolution, operate in several weather conditions and provide information on one geographical scene from multiple perspectives.. However, SAR/PolSAR images are contaminated by an interference pattern called speckle noise and they need to receive a specialized treatment (in particular, in the segmentation and modeling contexts). In modeling sense, the 0 and 0 distributions have been suggested for describing SAR and Pol SAR returns because their ability at understanding heterogeneous clutters. Recently, applying information theory measures (such like entropy measures) to quantify contrast has achieved a prominent position in SAR/PolSAR image processing. In this thesis, first closed-form ex pressions of the Shannon entropy for the 0 and 0 distributions and, as a consequence, new entropy-based segmentation and change detection procedures are also proposed. Applications to real SAR and PolSAR illustrate and confirm the importance of proposals, comparatively to others well-defined in the literature. Second, two new matrix models which arise from the stochastic summation framework for PolSAR data are furnished called compound truncated Poisson complex Wishart (CPTC ) and compound geometric complex Wishart (CGC ) distributions. Some of their mathematical properties are derived and discussed: characteristic function and Mellin-kind cumulants. Beyond, maximum likelihood (ML) estimation procedures via Expectation-Maximization algorithm for CPTC and CGC parameters are furnished as well as Mellin-based goodness-of-fit graphical tools. Monte Carlo experiment results indicate ML estimates may achieve what is asymptotically expected (small bias and mean square error) even for small sample sizes. Finally, we explore some real experiments with PolSAR images and they present evidence that proposed models may outperform other well-known distributions, such like sC , 0 and .porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em EstatisticaUFPEBrasilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/embargoedAccessEstatística aplicadaSegmentaçãoEntropias e somas compostas para matrizes estocásticas aplicadas a sistemas PolSARinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisdoutoradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPETEXTTESE Jodavid de Araújo Ferreira.pdf.txtTESE Jodavid de Araújo Ferreira.pdf.txtExtracted texttext/plain245119https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/40162/4/TESE%20Jodavid%20de%20Ara%c3%bajo%20Ferreira.pdf.txte8a698c46dda14657ac63984f5fef239MD54THUMBNAILTESE Jodavid de Araújo Ferreira.pdf.jpgTESE Jodavid de Araújo Ferreira.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1184https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/40162/5/TESE%20Jodavid%20de%20Ara%c3%bajo%20Ferreira.pdf.jpg6b1a16ee737c49ce5eae31e86a13b20eMD55ORIGINALTESE Jodavid de Araújo Ferreira.pdfTESE Jodavid de Araújo Ferreira.pdfapplication/pdf8576724https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/40162/1/TESE%20Jodavid%20de%20Ara%c3%bajo%20Ferreira.pdf98851ab031ab718bcc19e3428671a641MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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