合成孔径雷达图像相干斑抑制算法的研究

论文摘要

合成孔径雷达是一种基于相干成像原理的高分辨率成像雷达,由于具有独特优势,被广泛应用于军事民用领域。但因相干成像原理存在固有缺陷,使合成孔径雷达图像不可避免的存在相干斑噪声,而相干斑噪声的存在严重影响其图像的后续处理,故相干斑抑制技术成了合成孔径雷达应用研究的一个重要课题。其研究的目的是在尽可能滤除相干斑噪声的同时最大程度地保持图像的边缘纹理等细节信息。本文的主要内容是在分析雷达图像特性以及相干斑形成机理及其模型的前提下,系统总结并介绍目前比较经典的噪声抑制技术主要包括空域滤波中的传统滤波方式：均值滤波和中值滤波；空域滤波中的经典滤波：LEE滤波,KUAN滤波,Frost滤波,GAMMA MAP滤波,改良的K均值滤波。对空域部分经典算法进行了实验仿真,通过实验结果分析发现两个问题：(1)Frost滤波算法因在同一窗口中所有像素只要离中心像素距离相同则其对中心像素的输出影响就是一样的,即等距等权,从而导致边缘细节模糊。(2)空域滤波中的经典算法普遍存在边缘细节保持不佳且滤波效果受滤波窗口大小的限制。随后介绍了本文评价算法优劣所采用的评价体系。接着针对frost滤波算法固有缺点提出了改进方案—采用滤波窗口t统计和像元本身与中心像元灰度差与滤波窗口平均灰度差的比值共同确定微调因子,通过实验验证改进算法确实比原来算法在边缘保持以及去噪方面具有更好的综合滤波性能。紧接下来针对空域滤波所有算法所存在的共性缺点提出改进方案,即采用自适应滑动窗口技术与边缘保持技术相结合的方法来抑制相干斑噪声。具体实现有两个方案：(1)联合自适应滑动窗口技术与边缘检测技术的降噪算法；(2)联合自适应滑动窗口技术与边缘保持最优化技术的降噪算法。这两个算法实现了固定窗口与自适应窗口的统一,方形窗口与变形窗口的统一,噪声抑制与边缘保持的统一,通过实验发现确实比原来算法在噪声抑制和边缘保持上有更好的性能。最后对SAR图像相干斑去噪今后的研究方向进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 引言
• 1.1 课题研究背景及其意义
• 1.2 国内外SAR研究历史和发展现状概述
• 1.3 相干斑滤波算法的研究现状
• 1.4 本文的主要工作及其内容安排
• 第2章 合成孔径雷达图像特性及其相干斑噪声形成原理及其模型
• 2.1 合成孔径雷达原理
• 2.2 合成孔径雷达图像特性
• 2.3 相干斑形成原理
• 2.4 相干斑噪声模型
• 2.4.1 相干斑噪声的乘性噪声模型
• 2.4.2 噪声分布模型
• 2.5 图像的数字特征
• 2.6 本章小结
• 第3章 相干斑抑制算法介绍
• 3.1 空域滤波方法
• 3.1.1 传统滤波方法
• 3.1.1.1 均值滤波
• 3.1.1.2 中值滤波
• 3.1.2 基于SAR图像的统计的自适应滤波方法
• 3.1.2.1 sigma滤波算法
• 3.1.2.2 Lee滤波
• 3.1.2.3 Kuan滤波
• 3.1.2.4 Frost滤波
• 3.1.2.5 Gamma MAP滤波
• 3.1.2.6 改良的K均值滤波
• 3.1.2.7 基于方差系数的增强型的滤波
• 3.2 本章小结
• 第4章 相干斑抑制算法的性能评价体系
• 4.1 SAR图像相干斑抑制质量评价指标
• 4.2 模拟以及真实雷达图像算法滤波结果及比较
• 4.3 本章小结
• 第5章 对Frost滤波算法的改进
• 5.1 对Frost滤波以及其他改进算法的介绍及其分析
• 5.1.1 Frost滤波各算子分析
• 5.1.2 张朝晖等人对frost改进算法
• 5.1.3 杨婧玮所提出的改进方案
• 5.2 文中改进算法
• 5.3 实验结果及其分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 采用联合自适应滑动窗口技术和边缘保持技术的改进算法
• 6.1 主要算法思想
• 6.1.1 自适应滑动窗口算法
• 6.1.2 refined-lee滤波
• 6.1.3 EPOS算法
• 6.2 联合自适应滑动窗口技术与边缘检测技术的降噪算法
• 6.2.1 算法步骤
• 6.2.2 实验结果及其分析
• 6.3 联合自适应滑动窗口技术和边缘保持最优化技术的降噪算法
• 6.3.1 算法步骤
• 6.3.2 实验结果及其分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文及获奖情况
• 致谢