一种合成孔径雷达图像处理方法

摘要

本发明公开了一种合成孔径雷达图像处理方法，包括，将合成孔径雷达图像进行对数变换，而后利用Mallat快速算法将对数变换后的图像进行降噪处理；利用小波分解策略对降噪处理后的图像进行分解，获得小波系数；设定门限阈值，通过所述门限阈值进行图像平滑处理，若所述小波系数大于所述门限阈值，则将分解后的图像的像素灰度值减少α，获得低频分量子图像；否则，则将所述小波系数置为零；将所述低频分量子图像进行小波重构，获得重构图像；本发明通过结合小波变换和Mallat快速算法，有效地了抑制了合成孔径雷达图像的相干斑噪声，同时减少了合成孔径雷达图像细节损失。

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理的技术领域，尤其涉及一种合成孔径雷达图像处理方法。

背景技术

合成孔径雷达（synthesize aperture radar，SAR）作为一种高分辨率雷达，它以其高分辨率和全天时、大面积的数据获取能力而成为世界各国普遍重视的对地观测技术，尤其对传统的光学传感器成像困难的地区有着特别的意义。和所有的相干成像系统一样，SAR图像也存在严重的Speckle噪声干扰，导致自动解译和提取SAR图像中的有用信息变得异常困难。

然而，由于Speckle噪声在理论上被认为是一种乘性的非高斯分布的噪声，从而使得SAR图像的滤波处理比起一般图像的滤波处理要难得多；传统的滤噪方法是将被噪声污染的信号通过一个滤波器，滤掉噪声频率成分，但对于短时瞬态信号、非平稳过程信号、含宽带噪声信号，传统的处理方法有着明显的局限性。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明提供了一种合成孔径雷达图像处理方法，能够解决传统的相干斑噪声抑制方法的降噪效果差和图像边缘信息缺失严重的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，将合成孔径雷达图像进行对数变换，而后利用

作为本发明所述的合成孔径雷达图像处理方法的一种优选方案，其中：所述对数变换包括，定义所述合成孔径雷达图像为：

根据下式对所述合成孔径雷达图像进行所述对数变换：

其中，x、y表示单位空间方位向和距离向的坐标， I（x，y）为所述合成孔径雷达图像， R（x，y）是随机的地面目标雷达的雷达散射特性， S（x，y）为衰落过程所引起的相干斑过程。

作为本发明所述的合成孔径雷达图像处理方法的一种优选方案，其中：所述降噪处理包括，通过滤波器对所述对数变换后的图像进行二维小波变换，获得二维小波系数的分量：HH、HG、GH、GG ；其中，H为高通，G为低通；根据设定的阈值策略对所述二维小波系数的分量进行筛选；将筛选结果进行反变换，完成所述降噪处理。

作为本发明所述的合成孔径雷达图像处理方法的一种优选方案，其中：所述滤波器包括，通过组合一维的低通滤波器或高通滤波器获得四个可分的滤波器

其中，

作为本发明所述的合成孔径雷达图像处理方法的一种优选方案，其中：所述阈值策略包括，设定阈值T，若所述二维小波系数的分量W大于所述阈值T，则通过所述阈值T缩减所述二维小波系数的分量W；否则，则令所述二维小波系数的分量W为零。

作为本发明所述的合成孔径雷达图像处理方法的一种优选方案，其中：缩减所述二维小波系数的分量包括，

其中，

作为本发明所述的合成孔径雷达图像处理方法的一种优选方案，其中：所述分解包括，利用一维小波对降噪处理后的图像的每一行的像素值进行变换，产生每一行像素的平均值；利用所述一维小波对经过行变换的图像的列进行变换，产生经过行变换图像的平均值和所述小波系数。

作为本发明所述的合成孔径雷达图像处理方法的一种优选方案，其中：所述小波重构包括，利用离散逆变换函数对低频分量子图像的平均部分、细节部分的系数分别进行上采样；将上采样后的平均部分、细节部分的系数进行低通、高通滤波处理，而后将滤波处理结果进行相加，完成所述小波重构。

本发明的有益效果：本发明通过结合小波变换和Mallat快速算法，有效地了抑制了合成孔径雷达图像的相干斑噪声，同时减少了合成孔径雷达图像细节损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明第一个实施例所述的一种合成孔径雷达图像处理方法的流程示意图；

图2为本发明第一个实施例所述的一种合成孔径雷达图像处理方法的小波分解结果示意图；

图3为本发明第二个实施例所述的一种合成孔径雷达图像处理方法的抑制相干斑噪声结果示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1~图2，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种合成孔径雷达图像处理方法，包括：

S1：将合成孔径雷达图像进行对数变换，而后利用Mallat快速算法将对数变换后的图像进行降噪处理。

（1）定义合成孔径雷达图像为：

根据下式对合成孔径雷达图像进行对数变换：

对数变换的结果为：

其中，x、y表示单位空间方位向和距离向的坐标，I（x，y）为合成孔径雷达图像，R（x，y）是随机的地面目标雷达的雷达散射特性，S（x，y）为衰落过程所引起的相干斑过程。

（2）利用Mallat快速算法对对数变换后的图像进行降噪处理，Mallat快速算法是由S.Mallat和Y.Meyer 在前人大量工作的基础上于1986年提出的，从空间的概念上形象的说明了小波的多分辨率特性，随着尺度由大到小变化，在各尺度上可以由粗到细的观察图像的不同特征的一种算法，具体的降噪处理步骤如下：

①通过滤波器对对数变换后的图像进行二维小波变换，获得二维小波系数的分量：HH、HG、GH、GG；其中，H为高通，G为低通；

具体的，通过组合一维的低通滤波器或高通滤波器获得四个可分的滤波器：

其中，

二维小波变换是一维小波变换的推广，对于可分离的二维小波变换，其尺度函数为：

其中，

其中，

设图像信号为

如图2所示，经对数变换的合成孔径雷达图像经二维小波变换（单层）分解为四部分，LL为低频系数，其它三部分为高频系数，其中HL为水平细节，LH为垂直细节，HH为对角线细节。

②根据设定的阈值策略对二维小波系数的分量进行筛选；

具体的，阈值策略为：

设定阈值T，若二维小波系数的分量W大于阈值T，则通过阈值T缩减二维小波系数的分量W；否则，则令二维小波系数的分量W为零。

按照下式缩减二维小波系数：

其中，

筛选得到得二维小波系数的分量为

③将筛选结果进行反变换，完成降噪处理。

反变换的结果为：

S2：利用小波分解策略对降噪处理后的图像进行分解，获得小波系数。

利用一维小波对降噪处理后的图像的每一行的像素值进行变换，产生每一行像素的平均值；

利用一维小波对经过行变换的图像的列进行变换，产生经过行变换图像的平均值和小波系数。

其中一维小波为Daubechies3（Db3）小波基。

S3：设定门限阈值，通过门限阈值进行图像平滑处理，若小波系数大于门限阈值，则将分解后的图像的像素灰度值减少 α，获得低频分量子图像；否则，则将小波系数置为零。

其中，门限阈值为128，α为50%。

S4：将低频分量子图像进行小波重构，获得重构图像。

①利用离散逆变换函数对低频分量子图像的平均部分、细节部分的系数分别进行上采样；

②将上采样后的平均部分、细节部分的系数进行低通、高通滤波处理，而后将滤波处理结果进行相加，完成小波重构。

其中需要说明的是，离散逆变换为：

若离散小波序列

则当A=B时，由框架概念可知离散小波变换的逆变换为：

当A

则重构公式为：

需要说明的是，小波框架的定义如下：

当由基本小波

具有下述性质时：

其中，0

便称

实施例2

为了对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例选择的Lee滤波法、Frost滤波法、Gamma Map滤波法和采用本方法进行对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具有的真实效果。

Lee滤波法、Frost滤波法、Gamma Map滤波法都是假设乘性噪声的均值为1，且在一定的领域内对真实图像进行估计，若使用的样本点太少，估计误差较大；反之，将对细节信息损失较大，有着明显的局限性；为验证本方法相对Lee滤波法、Frost滤波法具有较好相干斑噪声抑制效果，本实施例中将采用Lee滤波法、Frost滤波法和本方法分别对10张合成孔径雷达图像的相干斑噪声进行抑制对比。

为了评估对合成孔径雷达图像的相干斑抑制能力，通常用等效视数（ENL，Equivalent Number of Looks）作为评价标准，等效视数越大，相干斑噪声影响越小，相干斑抑制能力越强，等效视数的定义如下：

其中，

用于实验的合成孔径雷达图像的ENL值分别为2.697、1.488、2.147、3.158、1.852、1.693、2.145、3.256、1.235、2.425，抑制结果如下表所示。

表1：分别采用不同的方法抑制SAR图像的相干斑噪声的性能对比表。

由表1可见，本方法对合成孔径雷达图像的相干斑噪声抑制效果均优于Lee滤波法、Frost滤波法、Gamma Map滤波法。

图3（左）为ENL值为2.697的合成孔径雷达图像，图3（右）采用本方法对相干斑噪声进行抑制后的结果图，从图中可见本方法很好地保留了图像的边缘细节信息。

另外，本实施例还对7种Daubechies小波下本方法的ENL进行了计算统计，结果如表2所示。

表2：7种Daubechies小波下本方法的ENL值。

由上表可见，本方法使用的Daubechies3小波能获得较好的抑制效果。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。