基于空间建模技术的雷达数据快速去噪方法

摘要

本发明属于数字图像处理与信息提取技术领域，具体涉及一种基于空间建模技术的雷达数据快速去噪方法。本发明包括以下步骤：读取雷达数据；通过雷达方程获取雷达亮度系数、后向散射系数以及归一化的后向散射系数；当一些图像在同一场景具有不同视数时通过多视处理将这些图像结合起来；将图像导入空间模型，选取图像局部较小的区域内，分别计算中心点像素值45°方向、-45°方向导数值，再将求导运算后的两幅图像进行DIST运算，合成新的图像。本发明解决了现有雷达数据去噪方法去噪效果与特征信息保持效果不可兼得的技术问题，能够在最大程度保持地质体雷达散射信息的前提下，增强图像边缘或线性特征，为后续融合、解译等处理提供了优质的雷达图像。

说明书

技术领域

本发明属于数字图像处理与信息提取技术领域，具体涉及一种基于空间建模技术的雷达数据快速去噪方法。

背景技术

微波遥感由于其不同于可见光、热红外的独特成像机理，发展迅速，被广泛应用于农业应用、灾害监测、测绘、大气研究等领域。成像雷达对地观测技术在构造分析、区域地质制图、岩性识别、矿床勘查等地质学中应用广泛，取得了一系列的成果和认识。

SAR的侧视成像方式能使特定方向展布的地质构造在雷达图像上得到增强，当雷达波束方向与观测区的主要线性构造方向垂直时，可以增强线性构造。因此，雷达数据对于线性构造的探测具有独特的技术优势。

微波对地表具有一定的穿透能力，当传感器发射脉冲信号到达地面时，一部分脉冲信号穿透地物，进入到物体内部，电磁波的穿透能力与雷达波长成正比，与物质的含水量密切相关。该特性对地下物质的探测十分有用。断层破裂带一般为蓄水构造，具有较高的介电常数，在SAR图像上具有更加明显的浅色条带特征，对于隐伏的含水断裂构造识别效果显著。因此，成像雷达技术广泛应用于地形地貌分析、岩性地层划分及构造分析、隐伏地质体探测、火山地震监测等方面。但是由于其特殊的成像方式，斑点噪声十分普遍，边缘信息不易检测，若不对图像进行进一步处理，会将斑点噪声带入图像中，使得图像质量下降，为以后的目标识别带来不利影响。

发明内容

本发明需要解决的技术问题为：现有雷达数据噪声去除方法去噪效果与特征信息保持效果不可兼得。

本发明的技术方案如下所述：

一种基于空间建模技术的雷达数据快速去噪方法，包括以下步骤：

步骤1.数据读取

读取雷达数据；

步骤2.定标处理

通过雷达方程获取本景雷达数据的雷达亮度系数、后向散射系数以及归一化的后向散射系数；

步骤3.多视处理

SAR原始图像具有固有的噪声，当一些图像在同一场景具有不同的视数时通过本步骤将这些图像结合起来；

步骤4.运用方向导数进行空间建模

将多视处理后的图像导入空间模型，选取图像局部较小的区域内，通过45°方向卷积矩阵、-45°方向卷积矩阵分别计算中心点像素值45°方向导数值、-45°方向导数值，再将求导运算后的两幅图像进行DIST运算，合成新的图像。

作为优选方案：步骤1中，所述雷达数据为Radarsat-2卫星数据，雷达数据格式为地理参考精细分辨率产品，极化方式为HV，工作波段为C波段。

作为优选方案：步骤2中，所述雷达方程如下式所示：

其中，σ＝σ^θA_c

式中，

P_t为雷达发射功率；

P_r为雷达接收功率；

θ为天线方向角；

G(θ)为天线增益；

λ为信号波长；

L_a为系统损耗；

R为雷达到目标的距离；

σ为目标的雷达截面积；

σ^θ为单位面积的雷达截面积，即后向散射系数；

A_c为雷达地面分辨率单元的面积。

作为优选方案：步骤3中，所述雷达方程如下式所示：通过移动运算窗口，将数据频谱分割成若干段分别成像，然后进行非相干叠加。

作为优选方案：步骤4中，所述45°方向卷积矩阵、-45°方向卷积矩阵依次为：

以及

本发明的有益效果为：

(1)本发明在对SAR数据纹理特征提取进行研究与应用总结的基础上，提出了一种新的基于空间建模技术的雷达数据快速去噪方法，其在边缘检测与图像增强方面具有较好的应用效果，能够在最大程度保持地质体雷达散射信息的前提下，增强边缘或线性特征；

(2)本发明能够快速准确地消除雷达图像的斑点噪声，基于Erdas建模工具通过提出核心矩阵对雷达图像进行卷积处理达到抑制噪声的目的，传统的去噪方法在去除噪声的同时将丢失很多细节信息，本发明处理速度更快，能保留更多的细节信息，为后续融合、解译等处理提供了优质的雷达图像；

(3)本发明从遥感数据处理的实际应用需求出发，以“最大限度保留原始信息”为核心目标，采用卷积方法，建立了一种快速去除雷达噪声的数据处理方法，该方法具有较好的可操作性和适用性，不仅可以解决雷达数据椒盐噪声引起的图像质量问题，而且能够适当增强雷达数据纹理信息。

附图说明

图1为本发明的一种基于空间建模技术的雷达数据快速去噪方法流程图；

图2为本发明的一种基于空间建模技术的雷达数据快速去噪方法导数变换流程图；

图3(a)、(b)依次为45°方向、-45°方向卷积矩阵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的一种基于空间建模技术的雷达数据快速去噪方法进行详细说明。

如图1所示，本发明的一种基于空间建模技术的雷达数据快速去噪方法读取Radarsat-2等雷达数据后，先后进行定标处理和多视处理，然后采用多向倒数运算进行滤波实现去噪。具体包括以下步骤：

步骤1.数据读取

读取Radarsat-2卫星数据等雷达数据，本实施例中，雷达数据格式为地理参考精细分辨率产品，极化方式为HV，工作波段为C波段，即波长为5.6cm。

步骤2.定标处理

通过雷达方程获取本景雷达数据，使雷达遥感可获取有关目标的定量信息，从而提高从雷达遥感数据中提取信息的效率和质量，使技术人员能够深入全面地了解目标及其变化。

所述雷达方程如下式所示：

其中，σ＝σ^θA_c

式中，

P_t为雷达发射功率；

P_r为雷达接收功率；

θ为天线方向角；

G(θ)为天线增益；

λ为信号波长；

L_a为系统损耗；

R为雷达到目标的距离；

σ为目标的雷达截面积；

σ^θ为单位面积的雷达截面积，即后向散射系数；

A_c为雷达地面分辨率单元的面积。

步骤3.多视处理

SAR原始图像具有固有的噪声，当一些图像在同一场景具有不同的视数时通过本步骤将这些图像结合起来减少噪声。

本实施例中，通过移动一个小的运算窗口，实现平均一幅单视图像。本步骤在距离向或方位向降低处理器带宽，从而将其频谱分割成若干段分别成像，然后非相干叠加，达到降低斑点噪声的效果。

步骤4.运用方向导数进行空间建模

如图2所示，通过Erdas等软件的空间建模功能，将多视处理后的图像导入空间模型，选取图像局部较小的区域内，计算中心点像素值45°方向导数值与-45°方向导数值，再将求导运算后的两幅图像进行DIST运算，合成新的图像。

本实施例中，采用图3(a)、(b)所示45°方向、-45°方向卷积矩阵进 行求导计算，其中，45°方向、-45°方向卷积矩阵依次为：

以及

卷积是一种积分运算，其可以用于描述线性时不变系统的输入和输出的关系：即输出可以通过输入和一个表征系统特性的函数(冲激响应函数)进行卷积运算得到。本申请中卷积的作用是：把一个点的像素值用其周围的点的像素值的加权平均代替。