Polarization signature analysis of paddy rice in southern China

Abstract

Rice is one of the three largest food grains in the world. Radar remote sensing has been proven to be an effective tool for rice monitoring. With the emergence of spaceborne polarimetric synthetic aperture radar (SAR) satellites, research on polarization backscatter behaviors and identification methods for rice are of great significance and attract the attention of remote sensing communities. The Zhazuo area located in Guizhou province of southwest China was selected as the test site for this study. The RADARSAT-2 polarimetric data acquired on four different dates were used to analyze the polarization backscatter behaviors and temporal variation of rice. Identification methods for rice based on polarization combinations and polarization decompositions were developed. The results indicated that HH with HH/HV was the optimal polarization combination for rice identification, with an accuracy of up to 86.65%. Based on the Pauli decomposition, rice can be discriminated effectively, with an accuracy of about 87.00%. Furthermore, using combinations of different polarization decompositions the identification results were greatly improved. The combination of the Pauli decomposition and the parameter β derived from eigenvector-eigenvalue-based decomposition was best for rice identification, with an accuracy of up to 93.51%.

Le riz constitue l'une des trois grandes cultures céréalières à l’échelle de la planète.La télédétection radar s'est avérée un outil efficace pour le suivi de la culture du riz. Avec l'avènement de satellites radar à synthèse d'ouverture (RSO) polarimétriques, les recherches sur le comportement de la rétrodiffusion polarisée et les méthodes d'identification du riz ont acquis une grande importance et celles-ci attirent l'attention de la communauté de la télédétection. La région de Zhazuo, située dans la province de Guizhou dans le sud-ouest de la Chine, a été sélectionnée comme site d’étude pour cette analyse. Les données polarimétriques de RADARSAT-2 acquises à quatre dates différentes ont été utilisées pour analyser le comportement de la rétrodiffusion polarisée du riz et de ses variations temporelles. Des méthodes d'identification du riz basées sur des combinaisons de polarisations et des décompositions de polarisations ont également été développées. Les résultats montrent que la polarisation HH dans la configuration HH/HV est la combinaison de polarisations optimale pour l'identification du riz, avec une précision atteignant 86,65 %. Basé sur la décomposition de Pauli, le riz peut être discriminé efficacement avec une précision d'environ 87,00 %. De plus, grâce à l'utilisation de différentes combinaisons de décompositions de polarisations, les résultats deviennent nettement meilleurs. La combinaison de la décomposition de Pauli et du paramètre β dérivé de la décomposition basée sur les vecteurs propres - valeurs propres est la meilleure pour l'identification du riz, avec une précision atteignant 93,51 %.

[Traduit par la Rédaction]

Acknowledgements

This work was supported by the National High Technology Research and Development Program of China (863 Program No. 2007AA12Z146), the Special Foundation of President of GuiZhou Province (No.[2008]82), and the Program of the State Administration of Science Technology and Industry for National Defense (No.2008A01A0500). The authors would like to take this opportunity to express their sincere appreciation to the Canadian Space Agency for providing polarimetric RADARSAT-2 data through the SOAR program.