基于相位信息的SAR圖像降噪和特征提取.pdf

1、SAR是一種高分辨率成像雷達(dá)，它和真實(shí)孔徑雷達(dá)(RAR)既有聯(lián)系又有區(qū)別，距離向高分辨率和方位向上高分辨率(多普勒銳化)形成有不同的原理。SAR圖像獨(dú)具的各類特性取決于SAR成像幾何原理、電磁波波長(zhǎng)與像素實(shí)際尺寸比、電磁波相干原理、電磁波極化特性、電磁波穿透能力和地物電磁散射特性等等，從而區(qū)別于光學(xué)和其他種類圖像。對(duì)SAR圖像降噪及特征提取等等解譯過程的研究有其獨(dú)特的內(nèi)容和難點(diǎn)，成為了一個(gè)世界性的課題，方興未艾。 本文在深入分析

2、研究傳統(tǒng)降噪及邊緣、線條檢測(cè)算法和SAR圖像特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，發(fā)掘圖像在頻率變換域的相位信息的重要作用，借鑒在光學(xué)圖像降噪及邊緣、線條檢測(cè)上取得成功的借助log-Gabor復(fù)小波變換獲取相位信息的算法，根據(jù)SAR圖像自身的特點(diǎn)，提出了應(yīng)用于SAR圖像降噪的改進(jìn)的相位保持算法、應(yīng)用于SAR圖像各類型邊緣線條特征提取的改進(jìn)的相位一致性算法，并將角點(diǎn)特征提取的概念推廣到SAR圖像處理領(lǐng)域，提出運(yùn)用相位一致性矩進(jìn)行SAR圖像角點(diǎn)特征提取的算法。文章

3、的主要工作內(nèi)容及對(duì)前人工作的具體改進(jìn)點(diǎn)如下： ●對(duì)以上三方面算法共同涉及的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：雙樹復(fù)小波變換原理、小波域多分辨分析原理、log-Gabor濾波器特性、如何使用log-Gabor濾波器對(duì)獲取圖像信息、如何估計(jì)噪聲響應(yīng)、在2D情形設(shè)計(jì)濾波器的注意要點(diǎn)等問題作了深入闡述。 ●對(duì)SAR圖像斑點(diǎn)噪聲模型、相位保持原理、SAR圖像相位保持降噪過程作了深入研究，我們的改進(jìn)在于：以乘性、加性混合噪聲模型為依據(jù)，以雙樹復(fù)小波變換融合

4、技術(shù)為依托，以相位保持算法為基礎(chǔ)，提出新的SAR圖像despeckling算法。并在模擬圖像和真實(shí)SAR圖像上進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，與FROST濾波、LEE濾波、KUAN濾波、中值濾波、一般小波濾波、一般復(fù)小波濾波各算法作了比較，給出了定性和定量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，揭示出本文算法在保持單像素細(xì)節(jié)和區(qū)別不同地物類型(平滑區(qū)域和特征豐富區(qū)域)上良好的表現(xiàn)。 ●對(duì)相位一致性的原理、相位一致性的優(yōu)越性和恒虛警特性、如何使用log-Gabor小波

5、計(jì)算相位一致性、有關(guān)學(xué)者對(duì)相位一致性的改進(jìn)、相位一致性的三個(gè)定義式及如何將相位一致性原理應(yīng)用于SAR圖像邊緣和線條特征提取的領(lǐng)域及本文所作改進(jìn)作了全面深入的分析，我們的改進(jìn)在于：如果只需要提取階躍邊緣，則事先采用無門限的RATIO算法進(jìn)行預(yù)處理，降噪的同時(shí)強(qiáng)化了階躍邊緣；如果需要提取所有類別邊緣線條，則先根據(jù)等效視數(shù)大小判斷噪聲的強(qiáng)弱，較強(qiáng)噪聲才用本文方法作預(yù)先降噪處理，對(duì)較弱噪聲視為乘性噪聲；在各種類型的SAR圖像、含不同類型邊緣線條

6、特征的SAR圖像上作了充分的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，詳細(xì)分析了每一步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其體現(xiàn)的優(yōu)越性，將本算法和ROA(比例檢測(cè)算子)等經(jīng)典算法作了充分比較；進(jìn)一步闡述了如何在提取的特征上將邊緣像素連接成線條以及對(duì)線條進(jìn)行直線擬合的圖像分析和表達(dá)過程，為SAR圖像進(jìn)行圖譜分析等等特征分類與識(shí)別的研究奠定了基礎(chǔ)。 ●對(duì)相位一致性最大矩和最小矩的涵義及其與圖像邊緣、角點(diǎn)特征的關(guān)系、相位一致性矩算法的優(yōu)越性、為何邊角特征易匹配易分離、如何使用多個(gè)方向(文

7、中為6個(gè)方向)的相位一致性計(jì)算相位一致性矩、HARRIS算子的缺陷、運(yùn)用相位一致性矩原理進(jìn)行SAR圖像角點(diǎn)特征提取的過程及其在目標(biāo)識(shí)別上的應(yīng)用作了全面介紹；并且給出了在各類SAR圖像上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，顯示其在目標(biāo)識(shí)別上應(yīng)用的潛力。 ●結(jié)合實(shí)驗(yàn)指出了相位一致性分析提供的圖像中多尺度分析的新途徑：尺度隨所使用的高通濾波器而變化，其優(yōu)點(diǎn)是特征定位精度不隨尺度本身變化。 總之，本文介紹的基于相位信息的各類算法具有恒虛警特性，能在