基于退化濾波器-加權最大似然估計的雷達圖像邊緣提取方法
【技術領域】
[0001] 本申請涉及雷達信號處理領域，更具體地涉及一種基于退化濾波器-加權最大似 然估計（degenerate filter-weighted maximum likelihood estimation，DG-WMLE)的雷 達圖像邊緣提取方法。
【背景技術】
[0002] 邊緣的提取與分析是合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar，SAR)圖像空域 信息分析的基礎。
[0003] 基于區(qū)域比較的濾波器是SAR圖像邊緣檢測的經典方法，邊緣圖的計算是按順序 逐個訪問圖像中的每個像素，然后將一系列、不同朝向的濾波器置于該像素處，分析像素兩 側區(qū)域之間的差異性，用于衡量在這個像素點出現(xiàn)邊緣的概率，并作為該像素點邊緣信息 的指示。其示意圖如下：
[0004] 此類濾波器主要由4個參數(shù)進行控制：長度If，寬度Wf，中心像素點兩側區(qū)域之間 的差距df，以及兩個連續(xù)方向之間的角度增幅Λ 0f。因此，在任何一個中心像素處，在lf、 WjPdfS個參數(shù)相等的情況下，共有Nf= π/Λ Θ 不同角度的濾波器。1#卩Wf這兩個 參數(shù)定義了濾波器的尺度。在這種機制之下，SAR圖像中任何一個像素點的邊緣強度由這個 像素點不同朝向的濾波器的最大響應來表示，而濾波器的響應則由濾波器中心像素兩側區(qū) 域氏和I之間的基于區(qū)域的概率相異性衡量決定。相異性衡量的方法有很多種，比較常用 的有均值比算子（Ratio)、廣義似然比算子（Generalized Likelihood Ratio Test，GLRT) 和交叉相關算子（Cross Correlation)等。
[0005] 這種邊緣提取方法理論完備、易于實現(xiàn)并且高效，但是其前提是兩個區(qū)域內的樣 本滿足獨立同分布的假設。在實際的SAR圖像場景，特別是在異質性區(qū)域中，很難以保證獨 立同分布的假設總是成立。因此此類邊緣提取方法性能的制約主要體現(xiàn)在以下兩個方面：
[0006] 尺度困境：如果濾波器的尺度增大，那么在同質性區(qū)域內，該濾波器能夠對分布參 數(shù)進行更準確的估計，這種情況下在同質性區(qū)域所提取的邊緣圖將更加"干凈"，虛警更少。 但是由于尺度更大，在地表異質性區(qū)域，使得獨立同分布假設更加難以滿足，在異質性區(qū)域 難以準確的提取出邊緣信息，虛警較多；
[0007] 定位偏差：在實際的計算中，濾波器的方向總是設定為有限個。當位于中心像素的 濾波器朝向均與該像素實際邊緣方向不吻合時，邊緣提取結果會出現(xiàn)定位偏差，并且濾波 器尺度越大，該定位偏差越明顯。

【發(fā)明內容】

[0008] 有鑒于此，本發(fā)明針對傳統(tǒng)的基于區(qū)域比較的SAR圖像邊緣提取方法在尺度選 擇、邊緣定位兩方面存在的缺陷，提出了一種基于退化濾波器-加權最大似然估計的雷達 圖像邊緣提取方法，以實現(xiàn)保證圖像分辨率、邊緣定位準確的SAR圖像邊緣提取。
[0009] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于退化濾波器-加權最大似然估計的雷 達圖像邊緣提取方法，包括以下步驟：
[0010] 估計所述雷達圖像任意一點處的無噪真值，計算濾波器方向下該像素處的邊緣響 應；
[0011] 遍歷完所有濾波器方向，取其中最大邊緣響應值作為當前像素處邊緣強度；
[0012] 遍歷完所述雷達圖像上的所有點，得到所述雷達圖像所有像素處的邊緣強度值， 由此實現(xiàn)所述所述雷達圖像的邊緣提取。
[0013] 以及，一種基于退化濾波器-加權最大似然估計的雷達圖像邊緣提取方法，包括 以下步驟：
[0014] 步驟1，輸入雷達圖像數(shù)據；
[0015] 步驟2,假設當前像素為X，選擇一個方向0df構建濾波器；在該方向下，以像素X 為中心，令其相鄰的兩個像素分別為\和X j;
[0016] 步驟3,分別構建搜索窗口 ;
[0017] 步驟4,在各自的搜索窗口內，分別估計\和L處的無噪真值；
[0018] 步驟5,計算在當前濾波器方向下鄰域像素\和^_的相異性，作為該方向下像素 X 處的邊緣響應；
[0019] 步驟6,判斷在當前像素 X處是否遍歷完所有的濾波器方向；若否，則返回步驟2， 并計算下一個濾波器方向上的邊緣強度；若是，則繼續(xù)步驟7 ;
[0020] 步驟7,遍歷所有方向下的邊緣響應值，取其中的最大值作為當前像素處的邊緣強 度，對應的濾波器方向為邊緣方向；
[0021] 步驟8,判斷是否遍歷完圖像中所有的像素點；若否，則返回步驟2,并繼續(xù)計算下 一個像素點處的邊緣強度；若是，則繼續(xù)步驟9 ;
[0022] 步驟9,輸出所有像素處的邊緣強度值并保存。
[0023] 其中，步驟3中所述搜索窗口和/?~的大小為11像素 *5像素。
[0024] 其中，步驟4中所述估計xJP X j處的無噪真值的步驟包括：
【主權項】
1. 一種基于退化濾波器-加權最大似然估計的雷達圖像邊緣提取方法，包括以下步 驟： 估計所述雷達圖像任意一點處的無噪真值，計算濾波器方向下該像素處的邊緣響應； 遍歷完所有濾波器方向，取其中最大邊緣響應值作為當前像素處邊緣強度； 遍歷完所述雷達圖像上的所有點，得到所述雷達圖像所有像素處的邊緣強度值，由此 實現(xiàn)所述所述雷達圖像的邊緣提取。
2. -種基于退化濾波器-加權最大似然估計的雷達圖像邊緣提取方法，包括以下步 驟： 步驟1，輸入雷達圖像數(shù)據； 步驟2,假設當前像素為X，選擇一個方向Θ df構建濾波器；在該方向下，以像素 X為中 心，令其相鄰的兩個像素分別為\和X 步驟3,分別構建搜索窗口 i?fw和i?,sw ; 步驟4,在各自的搜索窗口內，分別估計xJP X j處的無噪真值； 步驟5,計算在當前濾波器方向下鄰域像素\和^的相異性，作為該方向下像素 X處 的邊緣響應； 步驟6,判斷在當前像素 X處是否遍歷完所有的濾波器方向；若否，則返回步驟2,并計 算下一個濾波器方向上的邊緣強度；若是，則繼續(xù)步驟7 ; 步驟7,遍歷所有方向下的邊緣響應值，取其中的最大值作為當前像素處的邊緣強度， 對應的濾波器方向為邊緣方向； 步驟8,判斷是否遍歷完圖像中所有的像素點；若否，則返回步驟2,并繼續(xù)計算下一個 像素點處的邊緣強度；若是，則繼續(xù)步驟9 ; 步驟9,輸出所有像素處的邊緣強度值并保存。
3. 根據權利要求1所述的基于退化濾波器-加權最大似然估計的雷達圖像邊緣提取方 法，其中步驟3中所述搜索窗口 的大小為11像素*5像素。
4. 根據權利要求1所述的基于退化濾波器-加權最大似然估計的雷達圖像邊緣提取方 法，其中步驟4中所述估計xJP X j處的無噪真值的步驟包括：
式中，IO^ )為X'像素處的圖像強度，為像素點\處無噪真值的WMLE估 計值，W Λ為用于WMLE估計的像素所在的搜索窗口，所述搜索窗口的大小和范圍與退化之 前的區(qū)域Ri-致。
5. 根據權利要求3所述的基于退化濾波器-加權最大似然估計的雷達圖像邊緣提取方 法，其中所述權重ω (Xi，X'）來自于以XJPX'兩個像素為中心的圖像塊PxJP Px，之間的 概率相異性并經過指數(shù)核的變換，計算公式如下所示：
其中，h為指數(shù)核的參數(shù)，Aro(AfA)為兩個圖像塊之間的概率相異性衡量，根據下式 計算：
其中，I (Xi+ τ )和I (X' + τ )分別表示兩個圖像塊中對應像素點處的強度，τ用來表 示像素點xjp X'在圖像塊P xdP P χ，中的位置一致。
6. 根據權利要求1所述的基于退化濾波器-加權最大似然估計的雷達圖像邊緣提取方 法，其中步驟5中所述計算在當前濾波器方向下鄰域像素\和X」的相異性的步驟包括： 在中心像素 X處，用下述公式來計算某個方向上的邊緣信息：
其中，Awmlr(X,)為像素點Xi處無噪真值的WMLE估計值，(巧）為像素點Xi處無 噪真值的WMLE估計值； 然后，取所有方向下的濾波器響應最大值作為該點處的邊緣強度。
7. 根據權利要求1所述的基于退化濾波器-加權最大似然估計的雷達圖像邊緣提取方 法，其中步驟2中使用的濾波器方向總數(shù)為4個。
【專利摘要】一種基于退化濾波器-加權最大似然估計的雷達圖像邊緣提取方法，包括任選一像素點，令其相鄰兩像素為xi和xj，準確估計xi和xj處的無噪真值；計算當前濾波器方向下鄰域像素xi和xj的相異性，作為該方向下像素x處的邊緣響應；判斷當前像素x處是否遍歷完所有濾波器方向，若否則重復上述步驟，計算下一濾波器方向上的邊緣強度；遍歷所有方向下的邊緣響應值，取其中最大值作為當前像素處邊緣強度，對應的濾波器方向為邊緣方向；判斷是否遍歷完圖像中所有像素點，若否則重復上述步驟，繼續(xù)計算下一像素點處邊緣強度，若是則輸出所有像素處的邊緣強度值。本發(fā)明的方法可實現(xiàn)保證圖像分辨率、邊緣定位準確的SAR圖像邊緣提取。
【IPC分類】G06T7-00
【公開號】CN104657998
【申請?zhí)枴緾N201510091510
【發(fā)明人】洪文, 胡昊, 柳彬, 張增輝, 張冰塵, 蔣成龍
【申請人】中國科學院電子學研究所, 上海交通大學
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月28日