随着世界航运的快速发展,载油船舶碰撞、非法排污和输油管道破裂等溢油事故频繁发生,增加了海上通航环境的溢油事故风险。海洋溢油的快速有效识别和检测,对保障海上交通安全、溢油事故应急指挥、海上搜救以及海洋环境灾后修复都具有重要意义。合成孔径雷达遥感技术打破了传统监测方法的局限性,因具备全天时和全天候的宏观成像能力,已被广泛应用于海洋溢油检测研究。随着SAR系统的不断发展和完善,逐渐由单极化向多极化拓展,极化 SAR(Polarimetric Synthetic Aperture Radar,Pol-SAR)系统通过测量目标复散射矩阵进而获取目标的“全息”信息,有助于对油膜的散射机理进行分析、解译,进而实现油膜的提取和检测。但是,极化SAR溢油检测仍然存在一些重、难点问题,如不同模式极化SAR系统溢油识别性能差异尚待研究,极化特征空间有待进一步拓展,极化信息没有得到充分的利用等。本文针对极化SAR溢油检测中存在的问题开展研究,以极化理论为基础,对不同模式极化SAR溢油散射机制的识别性能进行分析与比较,分别对获取部分极化信息的双极化SAR和获取完整极化信息的全极化SAR开展海洋油膜的识别与检测研究。本文开展的主要创新性工作如下:(1)针对多时相双极化SAR溢油检测中时间维度造成的计算冗余以及缺乏对不同油水边界条件综合分析的问题,本文首先提出了基于多时相潜在暗区域发生频率的溢油感兴趣区域提取方法,实现了时间序列下宽幅影像溢油感兴趣区域的快速提取,有效降低了空间维度的运算量。在此基础上,扩展信息丰度的同时综合考虑不同边界条件下的优势特征的利用,基于随机森林模块提出一种兼顾不同油水边界条件的极化-纹理优势特征的溢油检测方法,实现了不同油水边界条件下溢油的有效提取。此外,依托本文提出的方法,以Sentinel-1A卫星在里海中部相同观测条件下的多时相影像为例,分析了溢油的空间分布和年内月际动态变化趋势。(2)针对全极化SAR溢油检测的极化特征扩展问题,提出了新的组合极化特征参数。为提高油膜与类油膜、背景海水之间的区分度,进一步拓展极化特征空间,本文基于极化散射熵H和改进的各向异性A12提出了一组新的组合极化特征——H_A12组合,实验结果表明H_A12组合的溢油检测能力整体优于传统的HA组合,可作为后者在溢油检测中的替代方案;其中,H(1-A12)形式的组合参数表现最佳,在油水分离度和分类贡献度方面整体优于其他四种类型的极化特征,能够凸显油膜目标信息的同时有效抑制海杂波和类油膜信息,在不同溢油场景中保持优势性和鲁棒性。(3)针对目前全极化SAR溢油检测方法缺乏对极化特征谱的构建、描述及充分利用的问题,提出一种基于多维极化特征强度模型匹配的溢油检测方法。本文构建了油膜目标的多维极化特征强度模型,引入光谱泛相似性测度SPM(Spectral Pan-similarity Measure,SPM)对模型和待测样本之间特征谱的相似性进行度量,进而搜寻并匹配同质像素进行归类,实现了极化空间下对油膜相对厚度信息的描述和有效分类。实验结果表明本文方法在兼顾分类精度和时间复杂度条件下整体优于传统的相似性测度和分类器算法。本文基于星载极化SAR图像对海洋溢油检测开展了系统性研究,在溢油散射机理分析研究的基础上,分别构建了双极化SAR和全极化SAR系统下的溢油检测方法,取得的溢油检测结果验证了所提出极化SAR溢油检测方法的有效性和鲁棒性。该研究对保障海上交通安全和提高海事应急管理能力具有重要意义,为实现极化SAR对不同场景海上溢油的识别与检测奠定了理论基础。