合成孔徑雷達圖像相干斑抑制方法研究.pdf

1、合成孔徑雷達(synthetic aperture radar, SAR)由于具有全天時與全天候等優(yōu)點,因此在環(huán)境信息獲取與目標檢測等眾多領域發(fā)揮著重要作用。然而與其它相干成像系統(tǒng)一樣,由SAR系統(tǒng)形成的SAR圖像中散布著大量乘性的相干斑噪聲。大量隨機分布的相干斑不僅使得 SAR圖像的視覺效果大為下降,而且極大的制約了SAR圖像特征提取、目標跟蹤等解譯處理技術的可靠性與有效性。因此,SAR圖像相干斑的抑制研究具有重要的理論與現(xiàn)實意義。<

2、br>　　本論文主要圍繞SAR圖像等效視數(shù)(equivalent number of looks, ENL)估計與相干斑抑制方法展開研究,論文的主要內容可概括為以下四個部分:
　　基于邊緣強度映射(edge strength map, ESM),提出了一種SAR圖像ENL參量的自適應非監(jiān)督估計方法。其一,借助各向異性高斯核(anisotropic Gaussian kernel, AGK)平行窗估計比率ESM;其二,對SAR圖像進

3、行分塊處理并利用一種簡單的非監(jiān)督估計方法分別估計各分塊圖像在比率ESM下的區(qū)域閾值;其三,利用估計的區(qū)域閾值與閾值化ESM操作分別實現(xiàn)對各分塊圖像的區(qū)域劃分;其四,借助比率ESM兩次約束下的大尺度不規(guī)則局域窗估計所有非邊緣區(qū)像素的局部ENL;其五,借助直方圖統(tǒng)計方法從眾多局部ENL估計值中提取全局ENL估計。實驗表明了該估計方法的有效性與穩(wěn)定性。
　　以相干斑在小波域的一種加性轉換噪聲模型為基礎,提出了一種基于非下采樣小波包變換(

4、undecimated wavelet packet transform, UWPT)的SAR圖像變換域抑斑方法。其一,利用UWPT變換實現(xiàn)對SAR圖像的多層非下采樣子帶分解;其二,借助自蛇擴散抑制低通子帶中殘留的相干斑噪聲,并將抑斑后的低通子帶系數(shù)視為原始SAR圖像在小波域的一種局部均值估計;其三,利用小波域局部均值估計自適應調節(jié)改進型L1-L2聯(lián)合優(yōu)化,并實現(xiàn)對所有高頻子帶的自適應軟閾值濾波去噪;其四,通過重構抑斑后的各子帶完成對S

5、AR圖像的相干斑抑制處理。實驗表明該方法在SAR圖像的相干斑抑制與邊緣保護方面均取得了較好的效果。
　　提出了三種 SAR圖像空域抑斑方法。(1)基于區(qū)域劃分的空域抑斑方法。該方法先借助具有方向性的高斯-伽馬平行窗估計比率 ESM,然后通過閾值化 ESM操作實現(xiàn)對SAR圖像邊緣與非邊緣區(qū)域的劃分,進而分別利用改進的Kuan濾波與Sigma濾波平滑SAR圖像不同區(qū)域的相干斑噪聲。另外,為強化相干斑抑制效果,迭代濾波策略與變尺度局域窗

6、被采用。(2)基于改進 Frost濾波的空域抑斑方法。該方法以傳統(tǒng)Frost濾波采用的負指數(shù)衰減型加權濾波模型為基礎,通過將SAR圖像多種局部統(tǒng)計參量結合作為聯(lián)合衰減因子,形成與SAR圖像區(qū)域分布特性相適應的負指數(shù)型加權系數(shù),同時采取兩次濾波策略,先由預濾波削弱SAR圖像相干斑噪聲并估計獲得更精準的局部統(tǒng)計參量,然后借助精細局部統(tǒng)計參量再對原始 SAR圖像實施精細濾波。(3)基于迭代方向濾波的空域抑斑方法。該方法先借助高斯-伽馬平行窗估

7、計出的比率ESM與方向信息自適應地控制AGK生成沿ESM方向分布的具有各向異性支撐區(qū)域的局域窗,然后將SAR圖像多種局部統(tǒng)計參量聯(lián)合作為衰減因子,形成與SAR圖像區(qū)域分布特性相適應的負指數(shù)衰減型加權系數(shù),進而將負指數(shù)衰減型加權系數(shù)同局域窗帶方向的各向異性支撐區(qū)域結合形成局域加權的方向濾波,最后對SAR圖像迭代地實施方向濾波,實現(xiàn)帶邊緣保護的相干斑抑制。實驗證明了上述三種空域抑斑方法在保護SAR圖像邊緣的同時,可有效抑制相干斑噪聲。

8、>　　提出了兩種 SAR圖像各向異性擴散抑斑方法。(1)基于平均曲率運動(mean curvature motion,MCM)的改進DPAD抑斑方法。該方法通過將MCM耦合到經(jīng)典的各向異性擴散抑斑算法DPAD中,并利用Kuan濾波系數(shù)生成耦合函數(shù),用于控制 MCM的擴散強度,形成了一種可有效抑制邊緣區(qū)域噪聲與同質區(qū)塊效應的各向異性擴散抑斑方法。(2)帶方向約束的各向異性擴散抑斑方法。通過將局部方向比率估計的方向約束同改進的Frost濾波