SAR图像处理方法研究..pdf

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书资料大小：3.07M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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封面

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章前言

第二章SAR图像特征和处理过程

第三章SAR图像的相干斑抑制算法

第四章含相干斑噪声的SAR图像边缘提取

第五章蚁群算法在SAR图像处理中的应用

第六章结束语

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果

国防科学技术大学硕士学位论文SAR图像处理方法研究姓名：焦京峰申请学位级别：硕士专业：信息与通信工程指导教师：付强;肖怀铁20051101

国防科学技术大学研究嫩院学位论文中文摘要遥二卡年来，合成孔径雷达(SAR)技术取得了长足豹发展。由予S艨主动发射电磁波，劳且发射豹电磁波能够穿透云层，因此可以为我们提供全天辩、全天候豹信息。但是sAR侧褫成像和褶于成像的特点，决定了图像几何失真较大并显包含存大量被称为相干斑的乘性噪声，这使得传统的强像处理技术缀难应用。本文主要研究s熊图像樱千斑嚷声抑制、含噪潮像边缘提取这两个关键技术，另外本文还探讨’F仿生学莽法中的蚁群算法。基于各种滤波技术消除相干斑噪声是sAR图像处理的璧爱耀节。本文提出了一种蒸予小波分析的相干斑滤波方法，这种方法对传统豹阙值法作了改进，滤波效采优予原来的阂健法。本文还提融了先进行图像分割再滤波豹方法，它的滤波效果比直接进行斑点噪声滤波的效粜要好。在含噪SAR图像的边缘提取方蕊，本文提出一秘积累加权边缘检测方法。这种方法积累了八个蠲’能存在边缘方向，并飘进行了加权作图。实验结栗表明，对于SAR图像来说，本文提出豹方法优予sobel算子、Laplacian算子。本文还对蚁群算法进行了攘讨，在阉像处理方面提国了一种新的蚁群算法，这种方法从图像的四条边开始进行搜索纛不是以圈像中的每个像素为起点进彳亍搜索，本方法还利用了紧黏联标运动的约束条件，克鼹了传统的蚁群算法计算量过大的不足。测关键谰：合成藐疑霰达图像处理榴千斑噪声搦制小波变换多分辨率分析边缘梭第l页

国防科学技术大学研究生院学位论文ABSTRACTInthelaSttwodccades铲eatimproVementshavebeenm舔einSyntheticApertureRadar(SAR)tcc圭1|10logy．ItusesacoherelltmicrowaVesellSortllatcaIlpenet￡atecloudsaIIdoperatedayornightbecauseitprovidesitsownillumination．According协thecharacteristicsofSARimagingmechanisms，goome城cdistortionandaforIrlofm试tiplicativenoise，knownaScoherentspeckle，generallycormptthe猃sultiflgimage．ThesepresentproblemsforstandardimageproceSsingtechniques．1nthisthesis，把ch越quesforSARimageprocessingarcinvestigatedsyStemicallyinteHnsofspccklereduction，ed萨detectionand8圭1tcOlOnya190ri她n．NumefousadaptiVefilterStoredllcespec琏e8reofgfeatconceminSARimageprocc豁ing．Afilterforsuppfessingspecklowithwaveletisproposcd．111ismethodimproved谦etradi西onalmethod．袖eresultofthemethodisbe侏玎thanthe戗ldition雒one．Thesegmentfilterme撕od凇beenpmposedalso，whosercsultisbetter啦aIlfiitersdimctiy．Foredgedetectionofspeckledimage，ane、va弹foachviaaccumulatepoweredgeCheckingisproposed．Thisappmachaccumulatestheei曲lprobablydircction，andmakespo、№rimage．Experimentalresultsobtainedf幻mSARimagesconfiflnthatmeproposedapproachcanb出19a11improvement，ascomparedto搬eSobel，己aplacian．确eantcolonyalgorimmhasbeendisc毛Issed．Anewantcolonyalgo嫩hmh鹬becllproposed，thisalgorithmsearchesf幻mthefouredgeoftlleimageinsleadof也eallpixeiinmeimage．Itusestheconditionofmove谢儇怕eta塔etside，Soitreduce协ecalcul娟onofme趾tcolonyalgorithm．Keywords：Synthetlcaperture糟daLlmageprocessing，Speckle潞ductionVvave|ettransform，Mu|t．fesOlutlOnanaIysjs。EdgedetectlOn第lI页

国防科学技术大学研究生院学位论文表目录表3．1闽值法去噪效果比较……………………………………………………………．33表4·1计算各方向导数肘所用到的像素中心和方向(3+3)……………………………4l表4—2计算各方向导数时所用到的像索中心和方向(5+5)……………………………42第iij页

国防科学技术大学研究生院学位论文图目录翔2．1sAR成像示意图……………………………………………………………………5图2+2雷达后向散射系数与数字圈像之间的关系……………………………………．，6图2．3讵交解调……………………………………………………………………………7图2．4多视处理示意图…………………………………………………………………．10图2．5sAR图像处理过程示意圈………………………………………………………18图3．1小波分解与重建圈………………………………………………………………．22圈3。2阙值图……………………………………………………………………………．30潮3．3，L种阈值法滤波效果图…………………………………………………………．32图3．4点方分割去嗓效果图……………………………………………………………．36图4．1像素阍求导数示意图………………………………。……………………………40圈4。2几种边缘检测法检测效果比较…………………………………………………．43圈5．1蚁群算法原理图…………………………………………………………………。45圈5．2蚁群算法运动方向示意图………………………………………………………．48图5．3单只蚂蚁方向选择图……………………………………………………………．49图5．4蚁群搜索路径效果图……………………………………………………………．5l图5．5目标边缘放大图像………………………………………………………………．52图5．6新的蚁群算法搜索物体边缘效暴图……………………………………………．55第lv员

独创性声明本入声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下避行的研究工亍#及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写过的磺究成果，也不包含为获得国防年串学技术大学或其它教育机构的学位或证书蓊使用适的糖料。与我一同王作的同志对本研究_|；I}做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文题目：§丛强篮熊矍左洼殛巍学位论文作者签名：箧：盔生酲期：∽∥年，j月／争瑶学位论文版权使用授权书本入完全了解国防科学技术大学有关保留、使月学位论文的规定。本人授权国防科学技术大学可以保留并海国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档，允许论文被查耀和借阕；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密学位论文在解密后适用本授权书。)学位论文题舀：§丛墼熊矬毽虚洼叠窥学位论文作者签名：I筮薹鉴日期："。f年，1月侈日作者指导教师签名：￡盘f1日期："年，2月∥日

国防科学技术大学研究生院学位论文第一耄前言§1．1鹜景介绍遥感楚二十世纪60年代发展起来的一门新兴综合学秘，它与空阆、电子、光学、计算机、缝理等学科密切相关，是当瓣信息领域中一项非常活跃的学科。它的特点是：不豢接接触有关鼹标藤能收集信息，并能对其进行判读、分类和识别。利用遥感技术能获取大鬣的有用信怠，它具有宏观性强、纪录信息完整、工作髑期短、资料积累快等优点。微波遥感是遥感技术中的一个重要的分支。微波遥感的重要基础之一是电磁波与备种媒分之涮相互作用。电磁波在传播途径中，由于媒介的不连续性、不均匀性、各向异性以及耗损等因素，在遥感嚣标嚣域产生反射、散射、透射、嗷收和辐射等各种现象，强标与电磁波的作掰，产生空间、时问、频率、相位和极化等参数的调制，使回波载有信惠，通过耘定和信号处理技术，把这些变换减各种特征信号。人们力图将特征信号与被测匿标的物理羹之闰建立起严格豹对应关系，攫知遥感强标的物理特性，从两达到辨认目标和识别叠标的目的。与光学遥感相比较，微波遥感除凝裔全天候和全天时的能力，并且特征信号丰富，合有幅度、楣使和极化等多种信息。过去四十多年是微波遥感取得重大突破，开始弓l起遥感领域广大工作者兴趣并取得加速发展驰辩代。最先弓l入注意的是搿分辨率合成孑L径雷达(SAR)于60年代初开始在军事高空侦察中发挥作用，并于60年代中期逐步扩展到民用遥感领域。大量枫载sAR的高质羹图像改变了人们对微波雷达空阀分辨率不高的|嚣观念，恧雷达的全天候运愆特点更使人副层相看。进入70年代，SAR由枫载向羼载过渡，1972年“阿波罗．17”登月字宙飞船上的sAR系统是这种过渡的蓠次尝试，1978年发射的“海洋卫星l号”是从靛天搿空囱穗球环境进行微波遥感的第一次试验，为期98天的飞行取得了大批的雷达图像，证明了SAR从航天离度提取地蕊高分辨率图像的能力。它的25米空间分辨率图像超过陆地卫星80米的分辨率，若纛它的全天稷工作能力傻褥成像过程不会赛下无效的空自，这期润获得的遥感信息需要四年时间彦能处理完。进入80年代，星载SAR成像披术有了新的发展，1981年l1月，哥伦眈亚号航天飞枫装上成缳雷达sIR-A，它历获得的图像W以识别出埃及西北鄢沙漠地区的地下吉河道。90时年代，随着空间技术的不断发展，Almaz，EI峪-l，2，JERS*l等震载SAR卫星先后发射成功，并稠用念球性布局豹地面接收系统提供全球范阐的商惩服务，sAR图像广泛的应用予农业、地质、导航、灾情靛视、海洋监视等领域，这标志蓉整载sAR系统从试验阶段进入实用阶段。1995年11月发射的加拿大RADARSA下采用7种成像工作模式，其图像分辨率可达9米，并已在各个领域取得举世瞩联的成绩。第l页

国防科学技术大学研究生院学位论文sAR是一种离分辨率雷达体制，它与真实孔径雷达的不问之处主要是在信号处理部分。真实孔径露达的距离分辨率受发射脉冲宽度限镥l，当要求非常高的距离分辨率时，宓、须发射非鬻窄的脉冲，嗣时随着距离的增大，发射信号的能量也必须增大；方位分辨率取决予天线孔径、作用距离及工作波长，当波长一定，方位向孑L径越长，斜距越小，方位分辨率越嘉。对丁I机载或鏊载雷达米波，出予条件限制，不可能获得j#常窄的脉冲宽度和缀大的天线孔径，因此难以获褥很高匏分辨率。SAR克服了这些困难，它利用脉冲篷缩技术获得商的距离淘分辨率，解决距离分辨率与探溺距离之润的矛盾；利用综合孔径原理提离方位翔分辨率，理论土sAR方位分辨率与距离、波长无关，只有真实天线长度的一半。会成孔经雷达的特点使得它可以有效提高枧载或星载雷达豹分辨率，从两获得大嚣积的离分辨率雷达图像。除可获得类似光学摄影的商分辨率雷达图像这一点外，sAR还其有以下原理瞧优点：(1)SAR是主动式微波成像雷达，灵京全天候、全天对成像的特点；(2)选择合适豹波长，利用微波的穿透性，可以对{煮披覆盖的地露，对沙漠积浅水覆盏的地方成像；(3)雷达图像的分辨率与雷达的工作波长、载撬的飞行高度、雷达作用距离无关，程太空或禽空都能有效工作；(4)SAR采用侧视成像方式，测绘带可以距离航迹很远，霹以对远离航迹豹螅方成像：(5)sAR可以为图像中酲标点自主、准确定位。SAR作为一种主动雷达装嚣，提供了传感器到最标的非常精确豹距离信患和网波的多酱勒信惠。因为这些数据和飞行器及地藕点的精确坐标楣关，这就可以通过求鳃一些方程缀，获褥影像像素的地面坐标。由予方程的可逆性，可以根据己知固定目标豹穗面坐标，反解它在图像中的位髯，对茭进行簸控，如机场、港口等。sAR圈像的定像并不需要其他参考信息，适合对于海洋、偏僻或无匿著特征的内陆地区使用。sAR在民用方黼应用广泛，在军事上也发挥越来越大的作壤。其军事应用领域归绒起来主要有如下几个方面：l攀事侦察sAR具有离分辨率和穿透能力，其首要任务是军事侦察，懿发现和识别醒标。理论分析并经极载sAR{贞察实践证明，许多军事霞标，如舰船、飞撬、毽克、雷达等，主要是用会耩材料制成的，对电磁波有较强的蘑向散射，易形成较大的雷达截面积，嚣稀有利于SAR发现这些嚣标。趣瑟上…些军事上具有战略意义或对国民经济有重要意义的特殊目标如：机场、道路、桥梁、大坝、河流等在SAR图像中亦有自己特有的特征，可以乖j用这些特征束发现和识别这些目标。在1991年爆发的海湾战争中，载有高分辨率sAR的“长曲棍球”(Lacrosse)卫星和美国联合簸搅和强标攻击雷达系统(Joi心starS)中的高分辨搴机载SAR实施全天候、全天对的侦察，震于轰炸计划的制定和效果评估，饺察伪装的军事工程和武器第2页

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