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Quantum Optimization for Phase Unwrapping in SAR Interferometry

Glatting, Kay und Meyer, Jan und Huber, Sigurd und Krieger, Gerhard (2024) Quantum Optimization for Phase Unwrapping in SAR Interferometry. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 18, Seiten 3488-3500. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/JSTARS.2024.3519701. ISSN 1939-1404.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1109/JSTARS.2024.3519701

Kurzfassung

Phase unwrapping is the reconstruction of a phase given its values mod 2π. Phase unwrapping is an important image processing technique used in synthetic aperture radar interferometry, in the context of height estimation and ground deformation. By formulating the phase unwrapping problem as a global minimization problem, Lp norm techniques form the backbone of many established phase unwrapping algorithms. The L0 norm is commonly agreed to produce the best unwrapping solutions, but the necessary brute-force calculations are infeasible for the phase unwrapping of SAR interferograms. Developments in variational quantum algorithms suggest computational advantages, when compared to classical approaches, for a multitude of applications. We therefore investigate the application of quantum algorithms to the phase unwrapping problem and introduce and derive an approximate L0 norm optimization solver utilizing the quantum approximate optimisation algorithm. This hybrid algorithm uses classical nonconvex parameter optimization to produce optimal parameters for a quantum circuit encoding the L0 phase unwrapping. Subsequent execution of this quantum circuit allows for an estimate of the solution of the phase unwrapping problem with advantages compared to brute force approaches. We validate our approach for small topographies, by demonstrating improved results when compared to established L1 optimization.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/217498/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Quantum Optimization for Phase Unwrapping in SAR Interferometry
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Glatting, KayKay.Glatting (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0006-7388-8233194680437
Meyer, JanNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0009-0002-8248-4469194680438
Huber, SigurdNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0001-7097-5127NICHT SPEZIFIZIERT
Krieger, GerhardNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0002-4548-0285NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:17 Dezember 2024
Erschienen in:IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:18
DOI:10.1109/JSTARS.2024.3519701
Seitenbereich:Seiten 3488-3500
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:1939-1404
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Interferometric synthetic aperture radar (InSAR), phase unwrapping (PU), quantum approximate optimiza- tion algorithm (QAOA), quantum computing
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Quantencomputing-Initiative
DLR - Forschungsgebiet:QC AW - Anwendungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):QC - QUA-SAR
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme
Hinterlegt von: Glatting, Kay
Hinterlegt am:20 Okt 2025 15:53
Letzte Änderung:20 Okt 2025 15:53

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