基於區域劃分和非局部全變差的sar圖像相干斑抑制的製作方法

2023-07-28 21:04:51

專利名稱：基於區域劃分和非局部全變差的sar圖像相干斑抑制的製作方法
技術領域：
本發明屬於圖像處理技術領域，涉及SAR圖像相干斑抑制方法，可用於對SAR圖像理解與解釋的預處理。
背景技術：
合成孔徑雷達SAR可以全天吋、全天候工作，獲得高解析度的圖像，由於它是相干成像系統，其產生的圖像必然受到相干斑的汙染。為了能更加有效地進行SAR圖像的理解與解譯，需要對SAR圖像進行相干斑抑制預處理。局域統計自適應濾波在平滑噪聲的同時可以有效地保持邊緣，且能夠通過參數控制來調整平滑效果和邊緣保持效果，是最常用的相干斑抑制方法之一。大多數的局域統計自適應濾波方法基於完全發展相干斑假設，但在SAR圖像的非均勻區域並不滿足完全發展相干斑的假設，根據局域信息計算統計參數會使得邊緣紋理信息被模糊，甚至導致局部圖像質量變差。增強Lee濾波通過局域統計信息將圖像進行劃分為均勻區域，非均勻區域以及強散射點，並對不同區域採取不同的相干斑抑制方法，達到了相干斑抑制與邊緣保持之間的平衡。但是採用局域統計信息對圖像進行劃分並沒有考慮到圖像的全局結構信息，會導致在大片均勻區域內出現不均勻的現象，影響SAR圖像相干斑抑制的效果。基於圖像恢復的全變差模型最初是由Rudin,Osher和Fatemi提出，該模型相對於其他模型的優勢在於它的解空間是有變差函數空間，而該空間中的函數允許存在邊緣等不連續的信息，因此該模型可以很好的保持圖像的邊緣，但也有兩個明顯的缺點ー是容易產生「階梯效應」，ニ是對於圖像的紋理等細節信息保持不好。針對這些問題，Xavier Bresson提出了非局部的全變差模型NLTV，其在全圖中搜索相似像素，並使這些相似像素的全變差最小化，充分利用了全圖的信息，對圖像紋理細節保持起到了很好的效果。但是非局部全變差模型是以像素為單位的，沒有考慮到圖像的局部聚集性，不能有效的改善圖像的階梯效應。

發明內容
本發明的目的在於針對上述已有方法的不足,提出一種基於Primal Sketch與非局部全變差的SAR圖像相干斑抑制方法，避免在均勻區域內出現的不均勻現象，並結合圖像的結構信息改善圖像在NLTV模型下產生的階梯效應，以提升SAR圖像相干斑抑制的效
果O實現本發明的技術方案是在Primal Sketch稀疏表示模型的素描圖中利用幾何結構塊得到非均勻區域的區域標記，並依據該區域標記把SAR圖像劃分為均勻區域，非均勻區域。對非均勻區域採用結合結構信息的非局部全變差相干斑抑制方法，對均勻區域採 用自適應窗ロ Lee濾波方法進行相干斑抑制處理，實現SAR圖像斑點噪聲抑制中奇異性信息保持與斑點噪聲抑制之間的平衡。具體步驟包括如下(I)在Primal Sketch稀疏表示模型的素描圖中，利用幾何結構塊得到非均勻區域的區域標記，並依據區域標記把SAR圖像劃分為均勻區域和非均勻區域，即將區域標記在圖中對應的部分作為非均勻區域，反之為均勻區域；(2)對非均勻區域採用結合結構信息的非局部全變差相干斑抑制方法進行處理(2a)以素描圖中的線段上每一點為中心，以該線段的方向為方向構建目標幾何塊，並在非均勻區域中捜索與目標幾何塊相似的塊；(2b)對搜索的相似幾何塊的非局部全變差進行最小化,採用Split-Bergman方法計算目標幾何塊的估計值，實現非均勻區域的相干斑抑制；(3)對均勻區域採用自適應窗ロ的Lee濾波方法進行處理；(4)將處理後的非均勻區域和均勻區域進行合併，得到SAR圖像相干斑抑制的結
果O本發明與現有技術相比具有如下優點本發明利用Primal Sketch稀疏表示模型提取了 SAR圖像的素描圖，井根據該素描圖把SAR圖像的劃分為均勻區域和非均勻區域，對於非均勻區域，不是基於完全發展相干斑的假設而是基於加性噪聲的假設，而是採用結合奇異信息的非局部全變差相干斑抑制方法，在非局部全變差模型中引入了偏微分方程的各向異性擴散方程，所以在抑制相干斑的同時也很好地保持了邊緣，提高了 SAR圖像的奇異信息保持，改善了圖像的階梯效應；在均勻區域採用自適應的Lee濾波可以很好的抑制相干斑，實現了 SAR圖像斑點噪聲抑制中奇異性信息保持與相干斑抑制之間的平衡。


圖I是本發明對SAR圖像相干斑的抑制流程圖；圖2是本發明中基於Primal Sketch稀疏表示模型將SAR圖像進行劃分的示意圖；圖3是用本發明與現有方法對horsetrack圖像相干斑抑制結果圖；圖4是用本發明與現有方法對SARfield圖像相干斑抑制結果圖。
具體實施例方式參照圖I，本發明的實施步驟如下步驟1，在Primal Sketch稀疏表示模型的素描圖中，利用幾何結構塊得到非均勻區域的區域標記，並依據區域標記把SAR圖像劃分為均勻區域和非均勻區域。(I. I)根據Primal Sketch稀疏表示模型對如圖2(a)所示的原SAR圖像進行提取，得到素描圖如圖2(b)；(I. 2)以如圖2(b)所示的素描圖中線段上的點對應的SAR圖像像素為中心，以線段方向為方向，構建長為7個像素，寬為7個像素，且長與線段平行，寬與線段垂直的幾何塊，如圖2(c)所示；(I. 3)把如圖2(c)所示的幾何塊在SAR圖像中對應的像素的值設置為255，即得到區域標記，如圖2(d)所示；(I. 4)根據如圖2 (d)所示的區域標記對SAR圖像劃分，即將區域標記在SAR圖像中對應的部分劃為非均勻區域，其餘部分劃為均勻區域，劃分後的非均勻區域，如圖2(e)所示。步驟2，對非均勻區域採用結合奇異信息的非局部全變差相干斑抑制方法進行處理。(2. I)以如圖2(c)所示的素描圖中線段L上點P對應的SAR圖像像素為中心，以線段L的方向為方向，構建長為7個像素，寬為7個像素，且長與線段L平行，寬與線段L垂直的目標幾何塊Btl;(2.2)在非均勻區域中搜索與目標幾何塊Btl方向相同的相似幾何塊Bi, i為相似幾何塊も的序號，i的取值為I到m，m是在非均勻區域中搜索出的相似幾何塊的個數。在搜索目標幾何塊Btl的相似幾何塊Bi時，首先在素描圖中搜索與目標幾何塊Btl所在的線段L方向相同的線段，然後以圖像上與這些線段上點對應的像素為中心，用與構建幾何塊B。相同的方法構造相似幾何塊Bi ；
(2. 3)計算並記錄目標幾何塊Btl與相似幾何塊Bi之間的相似性權重w0i，w0i的計算公式是
I ( D λ^0,=-expl- ■U，
(η \其中，Z為歸ー化變量，-"f I，h為平滑參數，Dtli表示目標幾何塊B。和
相似幾何塊も之間的相似性距離，α=Σ|ダ-判い仏11 Iし表示向量的ト範數，《表
示目標幾何塊Btl中的第j個像素值，《表示相似幾何塊Bi中的第j個像素值，G為高斯核函數；(2. 4)計算目標幾何塊B。與相似幾何塊Bi的非局部全變差Va2^O,/'):VNL"(0, /) = {B - B) * ，其中Bン表示塊Btl的中心像素值，ぶ/表示塊Bi的中心像素值；(2. 5)按如下公式對非局部全變差進行最小化
λmin ^ V NLu(0, /.) +-(^0-我)2，
mム其中m是相似幾何塊的個數，|(祝-4)2為正則項，λ為正則化參數，λ取值為20 ；(2. 6)釆用Split-Bergman方法計算目標幾何塊B。的估計值
_8] B0"+u+1 =. (βΣ wW+- βΣ+Kr))，
I其中B' 0k+1'n+1是估計值，k是外迭代次數，k取值為1，η是內迭代次數，η取值為2, λ為正則化參數，λ取值為20, β為鬆弛參數，β取值為200, Wtli是目標幾何塊B。與相似幾何塊Bi之間的相似性權重，萬/+1』"是外迭代次數為k+Ι和內迭代次數為η時的相似幾何塊も的值，<+1』〃，dk^n, Cへ<+1』〃分別是內迭代次數為η時的中間參數cC^d:1,C，，其中;
權利要求
1.一種結合奇異信息與非局部全變差的SAR圖像相干斑抑制方法，包括如下步驟 (1)在PrimalSketch稀疏表示模型的素描圖中，利用幾何結構塊得到非均勻區域的區域標記，並依據區域標記把SAR圖像劃分為均勻區域和非均勻區域，即將區域標記在圖中對應的部分作為非均勻區域，反之為均勻區域； (2)對非均勻區域採用結合結構信息的非局部全變差相干斑抑制方法進行處理 (2a)以素描圖中的線段上每一點為中心，以該線段的方向為方向構建目標幾何塊，並在非均勻區域中搜索與目標幾何塊相似的塊； (2b)對搜索的相似幾何塊的非局部全變差進行最小化,採用Split-Bergman方法計算目標幾何塊的估計值，實現非均勻區域的相干斑抑制； (3)對均勻區域採用自適應窗口的Lee濾波方法進行處理； (4)將處理後的非均勻區域和均勻區域進行合併，得到SAR圖像相干斑抑制的結果。
2.根據權利要求I所述的SAR圖像相干斑抑制方法，其中步驟(I)所述的利用幾何結構塊得到非均勻區域的區域標記，是以素描圖中線段上的像素為中心，以線段方向為方向構建長與線段平行，寬與線段垂直的幾何塊，構成一個區域標記，其中幾何塊的長為7個像素，寬為7個像素。
3.根據權利要求I所述的SAR圖像相干斑抑制方法，其中步驟(2a)所述的以素描圖中的線段上每一點為中心，以該線段的方向為方向構建目標幾何塊，並在非均勻區域中搜索與目標幾何塊相似的塊，按如下步驟進行 (2al)以素描圖中線段L上點P對應SAR圖像的像素為中心，構建長與線段L平行，寬與線段L垂直的目標幾何塊Btl,其中幾何塊的長為7個像素,寬為7個像素； (2a2)在非均勻區域中搜索與目標幾何塊Btl方向相同的相似幾何塊Bi, i為相似幾何塊&的序號，i的取值為I到m，m是在非均勻區域中搜索出的相似幾何塊的個數首先在素描圖中搜索與目標幾何塊Btl所在線段L的方向相同的線段，然後以圖像上與這些線段上的點相對應的像素為中心，使用與構建目標幾何塊Btl同樣的方法構造相似幾何塊B」
4.根據權利要求I所述的SAR圖像相干斑抑制方法，其中步驟(2b)所述的對搜索的相似幾何塊的非局部全變差進行最小化，按如下步驟進行 (2bl)計算並記錄目標幾何塊Btl與相似幾何塊Bi之間的相似性權重Wtli 其中，Z為歸一化變量， 為平滑參數，Dtli表示目標幾何塊Btl和相似幾何塊Bi之間的相似性距離 表示向量的I-範數，< 表示目標幾何塊Btl中的第j個像素值，<表示相似幾何塊Bi中的第j個像素值，G為高斯核函數； (2b2)計算目標幾何塊Btl與相似幾何塊Bi的非局部全變差￥1〃(0,/'): ， 其中表示塊Btl的中心像素值，〃/表示塊Bi的中心像素值； (2b3)按如下公式對非局部全變差進行最小化
5.根據權利要求I所述的SAR圖像相干斑抑制方法，其中步驟(2b)所述的採用Split-Bergman方法計算目標幾何塊的估計值,公式是
全文摘要
本發明公開了一種基於區域劃分和非局部全變差的SAR圖像相干斑抑制方法。主要解決現有技術在劃分區域時出現均勻區域內含有非均勻區域的問題，並在SAR圖像相干斑抑制方法中引入非局部全變差的思想。其實現步驟為(1)在Primal Sketch稀疏表示模型的素描圖中利用幾何結構塊得到區域標記，並依據該區域標記把SAR圖像劃分為均勻區域和非均勻區域；(2)對非均勻區域用結合奇異信息的非局部全變差相干斑抑制方法進行處理；(3)採用自適應窗口Lee濾波方法對均勻區域進行處理；(4)合併相干斑抑制後的非均勻區域和均勻區域得到SAR圖像相干斑抑制結果。本發明實現了SAR圖像斑點噪聲抑制中奇異信息保持與相干斑抑制之間的平衡，提高了SAR圖像的相干斑抑制效果。
文檔編號G06T5/00GK102663689SQ20121007705
公開日2012年9月12日 申請日期2012年3月22日 優先權日2012年3月22日
發明者侯彪, 劉芳, 安潔, 尚榮華, 戚玉濤, 焦李成, 王爽, 蔣文梅, 郝紅俠, 馬文萍 申請人:西安電子科技大學