基于局部与非局部策略的极化SAR相干斑抑制研究

摘要

极化合成孔径雷达(POLSAR)是一种多参数、多通道的微波成像雷达，对地物具有一定的投射性，能够获取不同极化状态下目标的散射回波，更好的描述目标所包含的信息，已成为遥感领域的一种新技术，是合成孔径雷达(SAR)发展的新趋势，被广泛应用于军事、国防、环境、农业等各个领域。但是由于相干成像的原理性缺陷，极化SAR系统获取的目标信息与实际的信息之间存在一定的偏差，导致极化SAR数据中存在相干斑噪声，严重的影响了数据的解译和后续应用，因此相干斑噪声的抑制成为极化SAR数据应用中的首要问题。本文介绍了SAR数据以及极化SAR数据的统计分布和相干斑噪声模型，提出了三种相干斑抑制算法，主要内容如下：
　　1．在已有极化SAR数据双边滤波的基础上，借鉴基于相对全变差的边缘检测方法，提出了一种基于边缘检测和双边滤波的极化SAR相干斑抑制算法，检测出图像的匀质区域和边缘纹理细节区域，在不同的区域对双边滤波的亮度信息平滑参数设置不同的值，使其更适合所处理的像素。该算法简单快速，可以直接对极化协方差矩阵C或极化相干矩阵T进行处理。实验结果表明，该算法不仅对相干斑噪声抑制具有相对不错的性能而且对边缘纹理细节信息的保持也相对较好。
　　2．结合双边滤波和非局部均值滤波，提出了一种基于非局部双边滤波的极化SAR相干斑抑制算法，通过非局部的思想选择尽可能多的相似图像块，并对这些相似图像块采取双边滤波，最后对相似图像块双边滤波的结果进行非局部加权平均，既考虑了图像块的结构相似性又考虑了单像素的像素值相似性。此算法结合了局部和非局部策略，不但考虑了双边滤波的优点也考虑了非局部均值滤波的优点。实验结果表明，不论在匀质区域还是在边缘纹理细节区域该算法对极化SAR数据图像的相干斑抑制效果都相对较好。
　　3．将处理含有加性高斯白噪声图像的SVD算法应用到SAR数据的相干斑抑制上，针对SAR数据的统计分布以及相干斑噪声模型，在获取SVD样本矩阵时采用适合SAR数据的相似性距离代替原始的欧氏距离，并提出适应SAR数据相干斑噪声的SVD阈值参数计算公式。除此之外，充分考虑极化SAR数据的特性，将应用到SAR数据相干斑抑制上的SVD方法扩展到极化SAR数据上，在Span数据上获取相似图像块和SVD阈值参数，在保持极化信息方面有一定的作用。实验结果表明，该算法在SAR数据和极化SAR数据上的相干斑抑制均能达到较好的性能，而且更大的优势在于对单视极化SAR数据处理具有一定的有效性。
　　本文工作得到了国家自然科学基金（No.61173092）、新世纪优秀人才支持计划（No.66ZY110）和陕西省科学技术研究发展计划项目（No.2013KJXX-64）资助。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 SAR和极化SAR相干斑抑制技术

1.3 本文涉及的主要内容和章节安排

第二章 SAR和极化SAR理论基础与相干斑模型

2.1 雷达极化基本理论

2.2 相干斑统计分布及模型

2.3 极化SAR数据处理问题

2.4 相干斑抑制技术的性能评价

2.5 本章小结

第三章 基于边缘检测与双边滤波的极化SAR相干斑抑制

3.1 极化SAR双边滤波

3.2 基于相对全变差的边缘检测

3.3 基于边缘检测的极化SAR双边滤波

3.4 实验结果及分析

3.5 小章小结

第四章 基于非局部双边滤波的极化SAR相干斑抑制

4.1 极化SAR非局部均值滤波

4.2 极化SAR非局部双边的相干斑抑制

4.3 实验结果与分析

4.4 本章小结

第五章 基于非局部图像块SVD方法的极化SAR相干斑抑制

5.1 基于组稀疏编码的SVD变换

5.2 SAR与极化SAR图像块相似性衡量

5.3 基于非局部图像块SVD方法的SAR相干斑抑制

5.4 基于非局部图像块SVD方法的极化SAR相干斑抑制

5.5 实验结果及分析

5.6 本章小节

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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