利用计算机图像处理技术消除SAR图像噪声的研究

1、利用计算机图像处理技术消除SAR图像噪声的研究    关键词:Lee滤波;数字图像处理;SAR图像 1引言 数字图像处理(Digital Image Processing)是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、分割、复原、提取特征等处理的方法和技术。数字图像处理的产生和迅速发展主要受三个因素的影响:一是计算机的发展;二是数学的发展(特别是离散数学理论的创立和完善);三是广泛的军事、工业、农牧业、林业、环境、和医学等方面的应用需求的增长。一般意义上,对图像进行处理的主要目的有三个方面:提高图像的视感质量;提取图像中所包含的某些特征或特殊信息;图像数据的变换

2、、编码和压缩,以便于图像的存储和传输。遥感图像通过使用图像处理技术加工处理并提取有用的信息后,可用于地质、水利、海洋、农业等资源的调查,自然灾害预测预报,环境污染监测,气象卫星云图处理以及用于军事目的的地面目标识别等。合成孔径雷达图像是遥感图像的一种,对SAR(Synthetic Aperture Radar,合成孔径雷达)图像噪声的处理有着非常重要的研究和现实意义1。 2 SAR图像噪声介绍 合成孔径雷达的噪声会影响图像的清晰程度,一般意义上噪声分为加性噪声和乘性噪声。与一般雷达一样,加性噪声主要来自接收机内部噪声。乘性噪声主要包括因距离和方位模糊重叠效应产生的噪声、信号数字化处理中产生的量

3、化噪声和相干斑噪声。相干斑噪声又称为斑点噪声,是分布目标所固有的,本文重点介绍斑点噪声的产生和相关处理方法。SAR成像系统理论是基于相干原理的,雷达系统固有的目标回波信号衰落现象引起斑点噪声的出现2。也就是说在雷达回波信号中,相邻像素点的像素值会因为相干性而产生一些随机性变化,而且这种随机变化是在某一均值范围内的,这样就在图像中产生了斑点噪声,并且斑点噪声是不可避免的。对于理想点目标散射电磁波,回波为球面波,在球面上的幅度处处相等。对于雷达观测的一个分辨单元内的任意一个散射点,其回波信号的相位与该点与雷达的距离有关。当雷达发生位移时,各散射点的相位发生改变,该点与雷达的距离也相应改变,从而引起

4、了合成振幅的变化。所以,在雷达产生位移的过程中连续观测同一目标区域将得到不同的合成振幅,我们把这种合成振幅的变化称为衰落。正是这种衰落现象引起了SAR 图像中的斑点噪声。 3 SAR图像斑点噪声处理方法 SAR 图像斑点噪声抑制一般可以通过两个方面来进行:一是在SAR成像过程中进行多视平滑性处理,二是对成像后的图像采用图像滤波的方法减少噪声产生的影响。早期的SAR图像处理中,大多数采用多视平均的方法,这也是最直接的办法,通过降低处理器的带宽的方法形成多视子图像,然后对多视子图像进行非相干叠加来抑制斑点噪声。多视处理虽然可以明显的去除斑点噪声,但是这种技术严重降低了方位向图像的空间分辨率,需要以

5、分辨率降低N倍的代价来获得 的抑制斑点效果。随着SAR图像应用的不断发展,对SAR 图像分辨力的要求不断提高,这种传统的多视处理技术已远不能满足应用的要求。从80年代后期开始,采用成像后的滤波技术来降低斑点噪声的干扰成为SAR图像的主要去噪技术3。SAR 的斑点噪声滤波典型算法主要分为传统滤波算法、基于局域统计的自适应滤波算法、小波域斑点噪声滤波算法。 4 利用Lee滤波去除SAR图像斑点噪声 Lee滤波方法是1980年由Lee提出的,它采用图像局部统计特性进行SAR 图像斑点噪声去除,其主要理论思想是利用图像的局部统计特性自适应调节滤波器的输出。该方法的理论基础和假设是斑点噪声符合乘性模型,

6、以及雷达后向散射系数在较小的局部范围内为一恒不变量,也就是窗口内一像元的均值与方差等于窗口内的局部所有像元均值和方差。 通过处理我们发现,处理后的图像灰度对比度明显增加,细节体现更好,平均亮度要大于处理前的图像。尤其是细节的集中体现对于遥感图像的应用具有非常重要的意义。 5 总结 本文对数字图像处理技术进行了简单介绍,并着重研究了滤波技术应用于SAR(合成孔径雷达)图像的方法和意义。最后利用Lee滤波技术对一幅包含噪声干扰的SAR图像进行了处理,分析处理结果发现基于噪声乘性特征的Lee滤波可以较好的抑制斑点噪声并对更好的体现图像细节。更多计算机数字图像处理技术的引入对遥感图像的实际应用有着重要

7、意义。 参考文献 1 2冯倩,多传感器卫星海面风场遥感研究d, 青岛:中国海洋大学,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