一種基于同質(zhì)性顯著度和方向選擇的極化sar相干斑噪聲抑制方法
【專利摘要】本發(fā)明具體提供了一種基于同質(zhì)性顯著度和方向選擇的極化SAR相干斑噪聲抑制方法，實現(xiàn)步驟為：1)讀入相干矩陣格式的極化SAR數(shù)據(jù)得到圖像O，計算O的SPAN系數(shù)得到SPAN圖像S；2)計算同質(zhì)性顯著度圖，得到顯著圖Z；3)判斷O中每個點的方向；4)確定每一點的相似鄰域D；5)在D內(nèi)對極化SAR圖像O降斑處理；6)將搜索窗尺寸擴大到17×17，對上一步得到的濾波結(jié)果重復(fù)3)～5)的操作再進行一次濾波，得到最終濾波結(jié)果；7)用Pauli向量法將濾波后的相干矩陣合成偽彩圖。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)顯著提高了極化SAR圖像相干斑的抑制能力，同時很好的保護了邊緣與紋理細節(jié)信息，可用于極化SAR圖像的預(yù)處理過程。
【專利說明】-種基于同質(zhì)性顯著度和方向選擇的極化SAR相干斑噪聲 抑制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于圖像處理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及極化SAR圖像斑點噪聲抑制，可用于對極化 SAR圖像進行濾波，具體是一種基于同質(zhì)性顯著度和方向選擇的極化SAR相干斑噪聲抑制 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 極化合成孔徑雷達（Polarization SAR，P0L-SAR)是用來測量地表回波信號的新 型成像雷達，它可以在發(fā)射回波信號極化脈沖時近乎同時接收回波信號極化脈沖，各極化 脈沖之間是相干的。與單極化數(shù)據(jù)相比，全極化SAR在對地觀測和遙感應(yīng)用方面有著顯著 的優(yōu)勢。POL-SAR數(shù)據(jù)記錄了地物任意極化狀態(tài)下的散射回波，既有振幅信息，也有相位 信息，極化SAR包含更多的地物信息將大大提高對地物的識別能力?？墒菢O化SAR圖像同 樣受到相干斑噪聲影響，增加了圖像解譯的難度。因此，極化SAR圖像降斑對后續(xù)圖像處 理應(yīng)用的意義重大。
[0003] 1)精致極化Lee濾波是一個經(jīng)典的濾波方法，它通過使用方向窗口進行濾波，濾 波后的數(shù)據(jù)在邊緣的特性保持方面效果顯著，但是，在結(jié)構(gòu)細節(jié)信息的保持上，濾波效果并 非十分理想，因此在相干斑的抑制中，原始數(shù)據(jù)的一些特性無法很好地保留。
[0004] 2) Lee提出的改進的Sigma濾波，它解決了原始Sigma濾波的暗像素點不被濾波和 存在濾波數(shù)據(jù)誤差等缺點，并有效保持了亮目標像素點，在邊緣保持和細節(jié)信息保留上都 要優(yōu)于精致極化Lee濾波方法，但是在邊緣和紋理的處理上，由于斑點噪聲的影響，這種方 法還是不能最好的區(qū)分相干斑噪聲與邊緣紋理信息，濾波后會出現(xiàn)一些"毛刺"，且同質(zhì)區(qū) 域的平滑程度也未達到理想效果。
[0005] 3)非局部方法的極化SAR濾波。Buades等人提出的非局部均值濾波器使用兩個 圖像塊的相似程度來作為濾波權(quán)值，利用這種思想，Deledalle C.等人提出了 PPB濾波器， 并應(yīng)用于了 SAR與極化SAR圖像的濾波；J. Chen等人提出了 Pretest的極化SAR圖像濾波 方法并都取得了很好的濾波效果。相比于以上兩種基于統(tǒng)計特性的濾波方法，非局部的方 法在同質(zhì)區(qū)域的平滑程度上取得了很大提高。但與此同時，PPB的方法沒有充分利用極化 SAR數(shù)據(jù)的散射信息，Pretest的方法在判別相似點的時候忽略了一些細節(jié)，所以仍有需要 提高的地方。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的缺點，提出一種結(jié)合局部同質(zhì)顯著度與圖 像塊相似性的極化SAR圖像降斑方法，以實現(xiàn)在有效抑制相干斑的同時保持點目標和紋理 結(jié)構(gòu)的細節(jié)信息，提高極化SAR圖像的相干斑抑制效果。
[0007] 實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于同質(zhì)性顯著度和方向選擇的極化SAR相干斑 噪聲抑制方法，包括如下步驟：
[0008] (1)讀入相干矩陣格式的極化SAR數(shù)據(jù)得到圖像0,計算0的SPAN系數(shù)圖像S，計 算方法如下：
[0009] SPAN = I Shh12+2 I ShvI2+1 SvvI2，
[0010] 其中Shh, Shv和Svv分別代表極化SAR數(shù)據(jù)三個通道HH、HV、VV的強度；
[0011] (2)利用Wishart距離計算0中以每一像素點為中心的局部勻質(zhì)度M1，利用局部 方差系數(shù)計算S上每一像素點的系數(shù)M 2，聯(lián)合M1與M2得到極化SAR圖像對應(yīng)的同質(zhì)性顯著 圖Z;
[0012] (3)判斷0中每個像素點的方向：
[0013] 3a)定義8個3X3的方向窗dl?d8 :

【權(quán)利要求】
1. 一種基于同質(zhì)性顯著度和方向選擇的極化SAR相干斑噪聲抑制方法，其特征在于， 包括如下步驟： (1) 讀入相干矩陣格式的極化SAR數(shù)據(jù)得到圖像0,計算O的SPAN系數(shù)圖像S，計算方 法如下： SPAN=|Sj2+2ISj2+1Svv 12， 其中Stt，Shv和Svv分別代表極化SAR數(shù)據(jù)三個通道HH、HV、VV的強度； (2) 利用Wishart距離計算0中以每一像素點為中心的局部勻質(zhì)度M1，利用局部方差系 數(shù)計算S上每一像素點的系數(shù)M2，聯(lián)合M1與M2得到極化SAR圖像對應(yīng)的同質(zhì)性顯著圖Z; (3) 判斷0中每個像素點的方向： 3a)定義8個3X3的方向窗dl?d8 :
3b)對于0上某一像素點X，取SPAN系數(shù)圖像S上對應(yīng)的以X為中心的3X3圖像塊并 與8個方向窗dl?d8分別進行卷積，得到8個卷積結(jié)果矩陣； 3c)在8個卷積結(jié)果矩陣中，選擇矩陣中心點值最大的結(jié)果對應(yīng)的方向窗為該像素點X的方向d; (4) 在S中，以X為中心取一個5X5的搜索窗，以窗內(nèi)每一像素點為中心取圖像塊與d 進行卷積，選擇結(jié)果大于〇的像素點組成X的相似鄰域D; (5) 對極化SAR圖像0進行雙邊濾波： 5a)在相似鄰域D中對X進行濾波，用X對應(yīng)的步驟⑵中得到的顯著圖Z上的值來自 適應(yīng)的調(diào)節(jié)雙邊濾波的空域參數(shù)hs與極化域參數(shù)hd，即對像素點X進行了降斑處理； 5b)遍歷所有像素點，得到濾波結(jié)果； (6) 將搜索窗尺寸擴大到17X17,對上一步得到的濾波結(jié)果重復(fù)步驟（3)?（5)的操 作再進行一次濾波，得到最終濾波結(jié)果； (7) 用Pauli向量法將濾波后的相干矩陣合成偽彩圖進行輸出，得到濾波結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于同質(zhì)性顯著度和方向選擇的極化SAR相干斑噪聲抑 制方法，其特征在于，其中步驟（2)中的極化SAR圖像對應(yīng)的同質(zhì)性顯著圖Z，具體按如下步 驟進行計算： 2a)以像素點X為中心取一個3X3大小的圖像塊，計算X為中心的局部勻質(zhì)度，即圖像 塊中每一像素點的相干矩陣與X的相似度之和M1 :
其中，Tx表示像素點X的相干矩陣，Ty表示圖像塊中第y個像素點的相干矩陣，k= 9 ; 同時，在SPAN系數(shù)圖像S上同樣取X的3X3大小的圖像塊，計算該圖像塊的方差M2，即X的局部方差系數(shù)：
其中，μx表示圖像塊的均值，Py表示圖像塊中第y個點的值，k= 9 ; 2b)聯(lián)合M1與M9，得到像素點X的局域同質(zhì)性顯著度：
週歷每一傢索點后，得到一幅與原始極化SAR同樣尺寸大小的同質(zhì)性顯著圖Z。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于同質(zhì)性顯著度和方向選擇的極化SAR相干斑噪聲抑 制方法，其特征在于，其中步驟5a)所述的在相似鄰域D中對X進行雙邊濾波，具體計算公 式如下：
其中，t表示濾波后像素點X的相干矩陣，表示X的相似鄰域D中第j個點的相干 矩陣，<分別表示空間域和極化散射域的權(quán)重，它們的表達式如下：
這里（m,η)和（p,q)分別表示點Xj和點X的空間坐標；hs和hd分別是空間域和極化域 的濾波參數(shù)，控制著 <和的衰減程度；計算hs和hd的表達式為：
Zm代表點X在顯著圖Z上對應(yīng)點的顯著度值^是一個手動設(shè)定的參數(shù)，這里取K1 = 2〇
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于同質(zhì)性顯著度和方向選擇的極化SAR相干斑噪聲 抑制方法，其特征在于，其中步驟（7)所述的用Pauli向量法將濾波后的相干矩陣合成偽彩 圖，按如下步驟進行： 7a)將濾波后的相干矩陣的第二行第二列元素T22=IShh-SvvI2作為待合成偽彩圖的紅 色分量R; 7b)將濾波后的相干矩陣的第三行第三列元素T33 =IShvI2作為待合成偽彩圖的綠色 分量G; 7c)將濾波后的相干矩陣的第一行第一列元素TlI=ISh^Svv 12作為待合成偽彩圖的藍 色分量B; 7d)用R、G、B三個分量合成偽彩圖。
【文檔編號】G06T5/00GK104463805SQ201410782610
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月16日
【發(fā)明者】張小華, 焦李成, 侯臻, 田小林, 朱虎明, 馬晶晶, 熊濤 申請人:西安電子科技大學(xué)