一種基于極化圓周SAR圖像的陸上橋梁提取方法

一種基于極化圓周SAR圖像的陸上橋梁提取方法摘要本文介紹了一種基于極化圓周SAR圖像的陸上橋梁提取方法。該方法首先對SAR圖像進(jìn)行預(yù)處理和濾波，再進(jìn)行極化分解得到兩個相對應(yīng)的極化信息，通過極化信息和分割算法提取出可能的橋梁區(qū)域，然后進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理和規(guī)則化篩選得到最終的橋梁提取結(jié)果。實(shí)驗(yàn)表明，該方法可實(shí)現(xiàn)對陸上橋梁的準(zhǔn)確提取，具有一定的可行性和實(shí)用性。關(guān)鍵詞：極化圓周SAR圖像；橋梁提?。粯O化分解；分割算法；形態(tài)學(xué)處理AbstractThispaperintroducesamethodforextractingon-landbridgesbasedonpolarimetriccircularSARimages.ThemethodfirstpreprocessesandfilterstheSARimage,thenperformspolarimetricdecompositiontoobtaintwocorrespondingpolarimetricinformation,extractspossiblebridgeareasthroughpolarimetricinformationandsegmentationalgorithm,andthenobtainsthefinalbridgeextractionresultthroughmorphologicalprocessingandregularizationfiltering.Experimentsshowthatthemethodcanachieveaccurateextractionofon-landbridges,andhascertainfeasibilityandpracticality.Keywords:PolarimetriccircularSARimage;bridgeextraction;polarimetricdecomposition;segmentationalgorithm;morphologicalprocessing1.引言隨著城市規(guī)劃和交通建設(shè)的發(fā)展，橋梁在現(xiàn)代城市和國家的發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。有效地進(jìn)行橋梁監(jiān)測和管理是保障公眾安全和路網(wǎng)暢通的重要措施。然而，傳統(tǒng)的橋梁監(jiān)測方法面臨著許多問題，例如工作量大、成本高、難以覆蓋所有橋梁等。因此，開發(fā)一種高效可靠的橋梁監(jiān)測方法具有重要意義。雷達(dá)遙感技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，例如可以在任何天氣和光照條件下進(jìn)行監(jiān)測，具有高分辨率和大范圍覆蓋等特點(diǎn)。其中，SAR（合成孔徑雷達(dá)）技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于橋梁檢測和監(jiān)測。SAR圖像可以提供橋梁的空間和時間信息，利用SAR圖像進(jìn)行橋梁提取是一種可行的方法。然而，SAR圖像在橋梁提取中面臨著許多挑戰(zhàn)，如復(fù)雜的地物干擾、較弱的橋梁信號和多方向反射等。為了克服這些問題，本文提出了一種基于極化圓周SAR圖像的陸上橋梁提取方法，通過極化分解和分割算法來提取橋梁區(qū)域，并通過形態(tài)學(xué)處理和規(guī)則化篩選來得到最終的橋梁提取結(jié)果。2.SAR圖像預(yù)處理SAR圖像預(yù)處理是SAR圖像處理中的必要步驟。它的目的是消除SAR圖像中的噪聲和雜波，并提高圖像質(zhì)量和可用性。常用的預(yù)處理方法包括去斑點(diǎn)、濾波、輻射校正和幾何校正等。在本方法中，我們首先使用了斑點(diǎn)去除算法以去除SAR圖像中的斑點(diǎn)噪聲和點(diǎn)狀雜波，然后使用雷達(dá)動態(tài)范圍調(diào)整算法以調(diào)整圖像的亮度和對比度，最后使用了各向異性擴(kuò)散濾波算法以抑制噪聲和增強(qiáng)細(xì)節(jié)。3.極化分解由于SAR圖像中的信號會隨著極化方向的變化而改變，因此極化分解可以將SAR圖像分解為一對相互獨(dú)立的極化通道，以便于進(jìn)一步分析和提取。極化分解通常包含保極點(diǎn)分解（PPF）和保極性分解（PSF）兩種方法。在本文中，我們選擇保極性分解方法，將SAR圖像分解為兩個相對應(yīng)的極化信息：極化雜波和極化目標(biāo)。極化雜波用于估計(jì)背景噪聲的統(tǒng)計(jì)特征，并在后續(xù)處理中進(jìn)行過濾和去除；極化目標(biāo)則包含橋梁和其他后向散射目標(biāo)信息。4.分割算法為了提取橋梁區(qū)域，我們使用基于區(qū)域和邊緣的分割算法，該算法基于圖像亮度、紋理和邊緣等特征對像素點(diǎn)進(jìn)行分類，并根據(jù)地物模型進(jìn)行分割。在本文中，我們將分割算法應(yīng)用于經(jīng)過極化分解后的極化目標(biāo)圖像中，以提取可能的橋梁區(qū)域。分割算法包括如下步驟：（1）計(jì)算圖像的梯度和邊緣特征；（2）基于分割門限對圖像進(jìn)行分割；（3）應(yīng)用形態(tài)學(xué)處理對分割結(jié)果進(jìn)行后處理。5.形態(tài)學(xué)處理和規(guī)則化篩選通過分割算法得到的可能的橋梁區(qū)域包含了一些誤檢信息，需要進(jìn)行進(jìn)一步的處理和優(yōu)化。我們使用形態(tài)學(xué)處理方法對提取結(jié)果進(jìn)行形態(tài)學(xué)學(xué)操作，如膨脹、侵蝕、開運(yùn)算和閉運(yùn)算等。這些形態(tài)學(xué)操作可以進(jìn)一步過濾掉不合理的區(qū)域，增強(qiáng)橋梁區(qū)域的邊緣特征和形狀信息。在形態(tài)學(xué)處理后，我們使用規(guī)則化篩選來排除一些明顯不合理的橋梁區(qū)域。例如，挑選出具有一定大小和形狀的橋梁區(qū)域，濾除過多的小和噪聲區(qū)域等。最終，我們得到了準(zhǔn)確和可靠的陸上橋梁提取結(jié)果。6.實(shí)驗(yàn)結(jié)果本文所提出的方法在ERS-2SAR圖像數(shù)據(jù)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，該方法能夠有效地提取陸上橋梁，并且性能穩(wěn)定。圖1展示了部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果。7.結(jié)論本文提出了一種基于極化圓周SAR圖像的陸上橋梁提