[發明專利]基于Beta算法的多尺度SAR圖像降噪方法

有效

• 申請號: 201310030623.9
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN103077507A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 侯彪;馬晶晶;陳芊芊;焦李成;張向榮;馬文萍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于圖像處理領域，特別是一種涉及SAR圖像降噪的方法，可應用于目標識別。

背景技術

合成孔徑雷達SAR是一種高分辨率雷達體制，可應用于軍事，農業，導航，地理監視等諸多領域。它與其它遙感成像系統，光學成像系統相比有很多差異。在軍事目標識別方面，SAR圖像被廣泛的應用在目標檢測領域，而SAR圖像降噪則是從圖像處理到圖像分析的重要步驟，是目標分類和識別的基礎。本質上SAR圖像反映的是目標的電磁散射特性和結構特性，但由于SAR發射的是相干電磁波，當它向地面發射電磁波時，其后向散射回來的總回波并不完全由地物目標的散射系數決定，而是隨著這些散射系數有很大的隨機起伏，這種起伏的存在使SAR圖像中出現許多斑點，這些斑點與較小的地物目標摻雜在一起嚴重影響圖像的質量，這些斑點稱為相干斑噪聲。SAR成像的特殊性使得針對該類圖像的降噪方法有別于普通光學圖像：非光學成像方式導致SAR圖像灰度級變化緩慢，因此光學圖像常用的基于高斯白噪聲假設的降噪方法對此類圖像收效甚微。

針對SAR圖像的以上特點，經典降噪方法有：

基于多視處理技術的降噪方法。它在SAR圖像成像階段對同一個場景獲得L個獨立的測量，并將這些測量進行平均，該技術雖然簡單，但卻是以犧牲圖像分辨率為代價。因此，出現了各種對成像后的SAR圖像進行濾波的降噪算法。

基于空域的降噪方法。主要包括Lee濾波、Frost濾波和Gamma-MAP濾波等，它們都假設真實場景是平穩的并使用乘性的相干斑模型,Lee濾波直接應用線性最小均方誤差MMSE準則，得到一個一般的降噪表達式，通過計算這個表達式得到降噪結果；Frost濾波也使用了MMSE準則，但其發現場景的自相關函數與像素之間的空間距離呈負指數關系，基于此構建了一個自相關函數，將圖像與該自相關函數進行卷積獲得最終濾波結果。由于這兩種濾波器并未涉及相干斑或場景的具體統計特性，因此Lopes?A.等人假設真實場景的統計特性符合Gamma分布，相干斑的統計特性符合高斯分布，結合最大后驗概率MAP準則求得抑斑結果，這就是Gamma-MAP濾波器，參見Lopes?A,Nezry?E,Touzi?R,Laur?H.Maximum?a?posteriori?speckle?filtering?and?first?order?texture?models?in?SAR?images[C].Geoscience?and?Remote?Sensing?Symposium,1990?IGARSS′90′Remote?Sensing?Science?for?the?Nineties′,10th?Annual?International.1990.2409-12.。上述的三種濾波方法雖然抑斑效果較好，但是它們都難以保持圖像的細節特征，使圖像邊緣和線性目標模糊。原因在于它們都假設真實的SAR圖像場景是平穩的，而這個假設在邊緣和細節區域不成立。因此為了更好地滿足“平穩”這個假設，科學家們做了以下改進：一種是將SAR圖像的真實場景分為均勻和非均勻的，分別采用不同抑斑方法。例如Lopes?A.等人提出的增強系列濾波器。另一種是通過統計對圖像像素進行分類。例如Lee?J.S.的增強Lee濾波器，它通過對圖像的像素值進行統計并劃定一個概率區間，將區間之外的像素作為噪聲，經過濾波處理得到干凈的圖像，參見Lee?JS,Wen?JH,Ainsworth?TL,Chen?KS,Chen?AJ.Improved?sigma?filter?for?speckle?filtering?of?SAR?imagery[J].Geoscience?and?Remote?Sensing,IEEE?Transactions?on.2009,Vol.47(1).202-13.。

基于變換域的降噪方法。主要有小波變換、Bandelet變換、Curvelet變換和非下采樣Contourlet變換等。這些變換域濾波方法相比于經典的空域濾波方法來說，圖像的線性目標能得到較好的保持，但是由于噪聲和圖像邊緣都是高頻信號，因此抑斑后的圖像在均勻區域和邊緣附近常會出現偽吉布斯效應。隨著“稀疏表示”熱潮的席卷，變換域方法可以看成是將圖像投影在一種或者幾種基上，實現在用較少的系數表示圖像的同時達到降噪的目的。但是由于這些基都有特定的方向，而一幅真實圖像存在各種方向，因此變換域的稀疏表示方法不能很好地保持圖像中的邊緣信息。

發明內容