基于特征提取的sar圖像去斑方法 (1)

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1、第一章緒論合成孔徑雷達(dá)(SyntheticApertureRadar，簡(jiǎn)稱(chēng)SAR)是一種新型雷達(dá)系統(tǒng)，可以全天候、多極化、多頻率、多視角地獲取數(shù)據(jù)，是現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)的重要發(fā)展方向之一，在軍事和民用方面得到了廣泛的應(yīng)用。因?yàn)镾AR發(fā)射的波是相干波，這些波互相相干經(jīng)過(guò)與地物的后向散射作用，即衰減了目標(biāo)回波信號(hào)，在SAR圖像中成為相干斑。這種斑點(diǎn)噪聲嚴(yán)重影響了圖像質(zhì)量，使得目標(biāo)真實(shí)的后向散射特性不一定能反映到SAR圖像中來(lái)，而SAR圖像解譯的關(guān)鍵在于充分挖掘利用SAR圖像中目標(biāo)的后向散射特性，因此去除相干斑的預(yù)處理是一個(gè)不可缺少的過(guò)程。1．1SAR圖像去斑研究背景及意義遙感技術(shù)能夠不用直接接觸有關(guān)

2、目標(biāo)就能收集目標(biāo)信息，并能對(duì)目標(biāo)進(jìn)行判斷、分類(lèi)和識(shí)別；具有宏觀性強(qiáng)、工作周期短、紀(jì)錄信息完整、資料積累快等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前信息領(lǐng)域中一項(xiàng)非?；钴S的學(xué)科。遙感技術(shù)中有一個(gè)重要的分支就是微波遙感【l】，微波遙感是主要是利用某種傳感器接收由地面的各種地物發(fā)射或反射的電磁波信號(hào)，通過(guò)這些接收的電磁波信號(hào)來(lái)對(duì)地物情況進(jìn)行識(shí)別和分析，獲取所需的信息。電磁波與各種媒介之間的相互作用是微波遙感的重要基礎(chǔ)之一。合成孔徑雷達(dá)12](SyntheticApertureRadar，簡(jiǎn)稱(chēng)SAR)是一種主動(dòng)式微波遙感器，它的概念于20世紀(jì)50年代提出，其中，“合成孔徑”的概念是指利用把若干單元的天線在空間合成為一個(gè)長(zhǎng)孔徑

3、天線來(lái)改善方位分辨率，通過(guò)載體的規(guī)則運(yùn)動(dòng)131對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存取和處理。由于合成孔徑的長(zhǎng)度能夠遠(yuǎn)大于真實(shí)天線的孔徑長(zhǎng)度，因此得到的波束寬度能夠遠(yuǎn)小于真實(shí)天線的波束寬度，這樣就能夠使方位分辨率得到極大的提高。合成孔徑雷達(dá)作為一種有源微波遙感技術(shù)，在許多領(lǐng)域中具有紅外光或可見(jiàn)光等其它遙感技術(shù)所不具備的優(yōu)勢(shì)。與光學(xué)圖像相比，SAR具有全天時(shí)、全天候、有穿透性、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，而且受天氣情況影響較小，因此其得以廣泛應(yīng)用于圖像匹配制導(dǎo)、航空遙感、航空測(cè)量、衛(wèi)星海洋觀測(cè)、航天偵烈4J-18J等領(lǐng)域。伴隨著遙感技術(shù)的蓬勃發(fā)展，SAR在軍事應(yīng)用和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域中都表現(xiàn)出了巨大潛力，因而，越來(lái)越多的受到各國(guó)

4、的重視，各國(guó)紛紛投入力量進(jìn)行技術(shù)研究，使這一領(lǐng)域的發(fā)展非常迅速，競(jìng)爭(zhēng)也非常的激烈。但是，由于SAR圖像的成像系統(tǒng)的分辨單元的尺寸一般為其信號(hào)波長(zhǎng)的幾十倍，分辨單元內(nèi)有往往存在很多復(fù)雜的散射體和散射中心，而SAR圖像的分辨單元的回波是由所有分布在其中的散射中心的回波矢量疊加構(gòu)成的，而且每個(gè)散射回波的相位散射目標(biāo)的特性和它們與傳感器的距離及有關(guān)，這會(huì)導(dǎo)致接收信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)圍繞著散射系數(shù)值隨機(jī)起伏，使地物目標(biāo)的散射系數(shù)不能完2基于特征提取的SAR圖像去斑全決定接收信號(hào)的強(qiáng)度，在SAR圖像中具有均勻散射系數(shù)的同質(zhì)區(qū)域會(huì)呈現(xiàn)出不均勻的灰度，這種現(xiàn)象就叫做相干斑。相干斑對(duì)SAR圖像的目標(biāo)識(shí)別和特征提取造

5、成不利影響，因此平滑噪聲并抑制噪聲SAR預(yù)處理中一個(gè)不可缺少的過(guò)程。1．2SAR圖像去斑技術(shù)研究發(fā)展現(xiàn)狀1．2．1SAR圖像去斑的分類(lèi)從SAR圖像問(wèn)世以來(lái)，相干斑的存在一直困擾著許多研究工作者。由于SAR的成像機(jī)理不同于光學(xué)成像，且所成的圖像具有多樣性，至今對(duì)相干斑并沒(méi)有一種有效的濾波方法。早期SAR圖像相干斑抑制主要采用成像前處理方法，即多視處理技術(shù)，當(dāng)將SAR圖像在距離向或者方位向上分割為N個(gè)獨(dú)立的部分時(shí)，將其稱(chēng)為N視處理技術(shù)。在N視處理技術(shù)中，由SAR圖像分割得到的每一個(gè)獨(dú)立部分都用來(lái)產(chǎn)生分辨率較低的單視圖像，然后把這N個(gè)獨(dú)立部分產(chǎn)生的單視圖像的對(duì)應(yīng)像素進(jìn)行非相干地疊加之后再進(jìn)行平均

6、即得到處理結(jié)果。采用N視處理技術(shù)可以將噪聲方差降低N倍，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致圖像分辨率減少N倍。多視處理是在成像處理中進(jìn)行的，其具有降低成像處理的數(shù)據(jù)率的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)具有系統(tǒng)分辨率損失的缺點(diǎn)。隨著對(duì)分辨率的需求的發(fā)展，多視處理技術(shù)已經(jīng)不能夠滿(mǎn)足研究對(duì)于SAR圖像較高空間分辨率的要求。近年來(lái)，許多學(xué)者提出了各種對(duì)成像后的SAR圖像進(jìn)行相干斑抑制的方法，總的來(lái)說(shuō)可分為兩類(lèi)：空域?yàn)V波方法和變換域?yàn)V波方法。1．2．2SAR圖像空域?yàn)V波方法隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展，國(guó)際上出現(xiàn)了一些空域?yàn)V波方法，并被用于星載SAR圖像的斑點(diǎn)抑制?？沼?yàn)V波技術(shù)中，一類(lèi)是沒(méi)有利用SAR圖像斑點(diǎn)噪聲統(tǒng)計(jì)特性的濾波方法，如中值濾

7、波【9J、均值濾波19J等，中值濾波是基于排序統(tǒng)計(jì)理論的一種非線性信號(hào)處理技術(shù)，它的基本原理是用數(shù)字圖像中某一點(diǎn)一個(gè)鄰域中各點(diǎn)像素值的中值來(lái)代替該點(diǎn)的像素值，而均值濾波則是計(jì)算該點(diǎn)鄰域內(nèi)所有像素的平均值來(lái)代替原來(lái)的中心點(diǎn)的像素值。對(duì)比兩種濾波方法，中值濾波能夠得到更完整的邊緣細(xì)節(jié)保留。中值濾波和均值濾波的優(yōu)點(diǎn)是去噪實(shí)現(xiàn)過(guò)程簡(jiǎn)單且易于理解，同時(shí)有一定的去除斑點(diǎn)噪聲的效果。但此類(lèi)濾波器都不同程度的對(duì)圖像產(chǎn)生了過(guò)平滑作用，使圖