利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)消除SAR圖像噪聲的研究

1、利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)消除SAR圖像噪聲的研究    關(guān)鍵詞:Lee濾波;數(shù)字圖像處理;SAR圖像 1引言 數(shù)字圖像處理(Digital Image Processing)是通過計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行去除噪聲、增強(qiáng)、分割、復(fù)原、提取特征等處理的方法和技術(shù)。數(shù)字圖像處理的產(chǎn)生和迅速發(fā)展主要受三個(gè)因素的影響:一是計(jì)算機(jī)的發(fā)展;二是數(shù)學(xué)的發(fā)展(特別是離散數(shù)學(xué)理論的創(chuàng)立和完善);三是廣泛的軍事、工業(yè)、農(nóng)牧業(yè)、林業(yè)、環(huán)境、和醫(yī)學(xué)等方面的應(yīng)用需求的增長(zhǎng)。一般意義上,對(duì)圖像進(jìn)行處理的主要目的有三個(gè)方面:提高圖像的視感質(zhì)量;提取圖像中所包含的某些特征或特殊信息;圖像數(shù)據(jù)的變換

2、、編碼和壓縮,以便于圖像的存儲(chǔ)和傳輸。遙感圖像通過使用圖像處理技術(shù)加工處理并提取有用的信息后,可用于地質(zhì)、水利、海洋、農(nóng)業(yè)等資源的調(diào)查,自然災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào),環(huán)境污染監(jiān)測(cè),氣象衛(wèi)星云圖處理以及用于軍事目的的地面目標(biāo)識(shí)別等。合成孔徑雷達(dá)圖像是遙感圖像的一種,對(duì)SAR(Synthetic Aperture Radar,合成孔徑雷達(dá))圖像噪聲的處理有著非常重要的研究和現(xiàn)實(shí)意義1。 2 SAR圖像噪聲介紹 合成孔徑雷達(dá)的噪聲會(huì)影響圖像的清晰程度,一般意義上噪聲分為加性噪聲和乘性噪聲。與一般雷達(dá)一樣,加性噪聲主要來自接收機(jī)內(nèi)部噪聲。乘性噪聲主要包括因距離和方位模糊重疊效應(yīng)產(chǎn)生的噪聲、信號(hào)數(shù)字化處理中產(chǎn)生的量

3、化噪聲和相干斑噪聲。相干斑噪聲又稱為斑點(diǎn)噪聲,是分布目標(biāo)所固有的,本文重點(diǎn)介紹斑點(diǎn)噪聲的產(chǎn)生和相關(guān)處理方法。SAR成像系統(tǒng)理論是基于相干原理的,雷達(dá)系統(tǒng)固有的目標(biāo)回波信號(hào)衰落現(xiàn)象引起斑點(diǎn)噪聲的出現(xiàn)2。也就是說在雷達(dá)回波信號(hào)中,相鄰像素點(diǎn)的像素值會(huì)因?yàn)橄喔尚远a(chǎn)生一些隨機(jī)性變化,而且這種隨機(jī)變化是在某一均值范圍內(nèi)的,這樣就在圖像中產(chǎn)生了斑點(diǎn)噪聲,并且斑點(diǎn)噪聲是不可避免的。對(duì)于理想點(diǎn)目標(biāo)散射電磁波,回波為球面波,在球面上的幅度處處相等。對(duì)于雷達(dá)觀測(cè)的一個(gè)分辨單元內(nèi)的任意一個(gè)散射點(diǎn),其回波信號(hào)的相位與該點(diǎn)與雷達(dá)的距離有關(guān)。當(dāng)雷達(dá)發(fā)生位移時(shí),各散射點(diǎn)的相位發(fā)生改變,該點(diǎn)與雷達(dá)的距離也相應(yīng)改變,從而引起

4、了合成振幅的變化。所以,在雷達(dá)產(chǎn)生位移的過程中連續(xù)觀測(cè)同一目標(biāo)區(qū)域?qū)⒌玫讲煌暮铣烧穹?我們把這種合成振幅的變化稱為衰落。正是這種衰落現(xiàn)象引起了SAR 圖像中的斑點(diǎn)噪聲。 3 SAR圖像斑點(diǎn)噪聲處理方法 SAR 圖像斑點(diǎn)噪聲抑制一般可以通過兩個(gè)方面來進(jìn)行:一是在SAR成像過程中進(jìn)行多視平滑性處理,二是對(duì)成像后的圖像采用圖像濾波的方法減少噪聲產(chǎn)生的影響。早期的SAR圖像處理中,大多數(shù)采用多視平均的方法,這也是最直接的辦法,通過降低處理器的帶寬的方法形成多視子圖像,然后對(duì)多視子圖像進(jìn)行非相干疊加來抑制斑點(diǎn)噪聲。多視處理雖然可以明顯的去除斑點(diǎn)噪聲,但是這種技術(shù)嚴(yán)重降低了方位向圖像的空間分辨率,需要以

5、分辨率降低N倍的代價(jià)來獲得 的抑制斑點(diǎn)效果。隨著SAR圖像應(yīng)用的不斷發(fā)展,對(duì)SAR 圖像分辨力的要求不斷提高,這種傳統(tǒng)的多視處理技術(shù)已遠(yuǎn)不能滿足應(yīng)用的要求。從80年代后期開始,采用成像后的濾波技術(shù)來降低斑點(diǎn)噪聲的干擾成為SAR圖像的主要去噪技術(shù)3。SAR 的斑點(diǎn)噪聲濾波典型算法主要分為傳統(tǒng)濾波算法、基于局域統(tǒng)計(jì)的自適應(yīng)濾波算法、小波域斑點(diǎn)噪聲濾波算法。 4 利用Lee濾波去除SAR圖像斑點(diǎn)噪聲 Lee濾波方法是1980年由Lee提出的,它采用圖像局部統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行SAR 圖像斑點(diǎn)噪聲去除,其主要理論思想是利用圖像的局部統(tǒng)計(jì)特性自適應(yīng)調(diào)節(jié)濾波器的輸出。該方法的理論基礎(chǔ)和假設(shè)是斑點(diǎn)噪聲符合乘性模型,

6、以及雷達(dá)后向散射系數(shù)在較小的局部范圍內(nèi)為一恒不變量,也就是窗口內(nèi)一像元的均值與方差等于窗口內(nèi)的局部所有像元均值和方差。 通過處理我們發(fā)現(xiàn),處理后的圖像灰度對(duì)比度明顯增加,細(xì)節(jié)體現(xiàn)更好,平均亮度要大于處理前的圖像。尤其是細(xì)節(jié)的集中體現(xiàn)對(duì)于遙感圖像的應(yīng)用具有非常重要的意義。 5 總結(jié) 本文對(duì)數(shù)字圖像處理技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹,并著重研究了濾波技術(shù)應(yīng)用于SAR(合成孔徑雷達(dá))圖像的方法和意義。最后利用Lee濾波技術(shù)對(duì)一幅包含噪聲干擾的SAR圖像進(jìn)行了處理,分析處理結(jié)果發(fā)現(xiàn)基于噪聲乘性特征的Lee濾波可以較好的抑制斑點(diǎn)噪聲并對(duì)更好的體現(xiàn)圖像細(xì)節(jié)。更多計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)的引入對(duì)遙感圖像的實(shí)際應(yīng)用有著重要

7、意義。 參考文獻(xiàn) 1 2馮倩,多傳感器衛(wèi)星海面風(fēng)場(chǎng)遙感研究d, 青島:中國(guó)海洋大學(xué),2004:62-63. 3MOOR R K. Radar sensing of the oceanJ.IEEE Journal of Oeeanic Engineering,1985,OE-10(2):84-113. 4ELFOUHAIL Y T,THOMPSON D R,VANDEMARKD, et al. A new basic model for elect romagnetic scattering from perfectly conducting random surfaces .Waves in Random Media,1999,9:281-295. 5Tompson, D. and R. Beal, Mapping high-resolution wind fields using sybthetic aperture radar, Johns Hopkins APL Technical Digest,21:58-67,2000.        6Stoffelen,A.and D. Anderso