基于稀疏特征的SAR影像质量提高方法

针对合成孔径雷达(SAR)数据分布的尖峰性和重尾性,通过研究SAR影像强度的分布规律,提出了基于稀疏特征的SAR影像质量提高方法。首先对SAR影像的基础数据进行压缩分布处理和稀疏先验分布处理,得到质量较好的灰度影像;再利用基于模糊理论的SAR影像对比度增强算法增强了SAR影像的自适应对比度,大幅提升SAR影像的显示效果;最后利用实测数据验证了该方法的有效性。     

结合先验概率估计的GF-3影像水体概率估计方法

综合SAR(synthetic aperture radar)影像的统计模型假设与k-means聚类算法,提出了一种结合水体分布先验概率估计的水体概率估计方法。首先,用贝叶斯推断对研究区域后向散射系数做统计模型假设。随后,结合聚类算法对像元作分类,估计水体分布先验概率,结合统计分布直方图使用非线性最小二乘拟合完成模型参数估计。试验选取了高分三号(GF-3)多种工作模式数据,并用高分一号(GF-1)影像进行验证。结果表明,该方法可有效实现SAR影像的高精度水体概率估计。     

ECM算法的多视SAR影像分割

多视SAR影像像素强度通常建模为Gamma分布,其形状参数为常数(视数)。实验表明,多视SAR影像分割时,设Gamma分布的形状参数为变量可取得更好的分割结果。由于Gamma分布中形状参数以Gamma函数的形式出现,利用EM算法求解时无法获得形状参数的解析解。为此,本文提出了一种基于Expectation/Conditional Maxinnization(ECM)算法的多视SAR影像分割方法。利用ECM算法估计最大化后验概率条件下的Gamma分布参数及表征最优多视SAR影像分割的标号场实现。采用模拟和真实多视SAR影像验证提出算法。实验结果表明,Gamma分布的形状和尺度参数均能快速收敛到稳态值,且以此得到各同质区域的Gamma分布曲线可以很好地拟合其直方图。通过对分割结果的定性和定量分析,可知提出算法具有有效性和可行性,且优于EM算法。     

基于分布模型差异的SAR变化检测

基于SAR图像的杂波统计特性,采用信息论中的交叉熵给出了一种提取多时相SAR图像差异的方法.采用瑞利分布函数作为SAR图像的分布模型,基于交叉熵导出了计算两幅SAR图像的差异因子;并采用恒虚警率(CFAR)的方法自动分割变化区域,取得了较好的结果.     

多尺度水平集SAR影像水体自动分割方法

针对高分辨率SAR影像的水体特性,提出了一种新的可精确、快速、自动完成高分辨率SAR影像水体分割的方法。该方法将多尺度分析技术与水平集理论相结合,在考虑全局信息的同时,也顾及到了局部信息。同时,为了满足SAR图像的分布特性,将Gamma统计模型引入到水平集能量函数中,利用OTSU算法来初始化零水平集。为了消除SAR影像中疑似水体的目标,对分割结果进行了后处理。实验表明,该方法在提高精度的同时,也大大提高了水体提取的效率。     

混合Gamma拖尾Rayleigh分布的高分辨SAR图像建模

提出一种基于乘积模型的统计模型,称为混合Gamma拖尾Rayleigh分布模型。在该模型中,利用拖尾Rayleigh分布对相干斑进行建模,使模型可以精确地拟合高分辨率合成孔径雷达SAR图像相干斑的尖峰和拖尾的特征;同时引入混合Gamma分布对高分辨SAR图像雷达散射截面积(radar cross section,RCS)复杂起伏特性进行表征。基于Mellin变换,推导出混合Gamma拖尾Rayleigh分布对数累计量参数估计公式,提高了参数估计精度,从而实现了对高分辨率合成孔径雷达SAR图像的精确建模。最后通过真实SAR图像对本文提出的模型与已有模型进行比较。试验结果表明,本文提出的模型能够对不同的高分辨率合成孔径雷达SAR图像进行统计建模,并且具有较高的拟合精度。     

基于混合Gamma拖尾Rayleigh分布的高分辨SAR图像建模

针对已有统计模型无法精确刻画高分辨率SAR（Synthetic Aperture Radar合成孔径雷达）图像的统计特征的问题,本文提出一种基于乘积模型的统计模型称为混合Gamma拖尾Rayleigh分布模型。在该模型中,我们利用拖尾Rayleigh分布对相干斑进行建模,使模型可以精确拟合高分辨率SAR图像相干斑的尖峰和厚尾的特征;同时我们引入混合Gamma分布对高分辨SAR图像RCS（Radar Cross Section雷达散射截面积）复杂起伏特性进行表征。基于梅林变换,我们推导出混合Gamma拖尾Rayleigh分布对数累计量参数估计公式,提高参数估计精度,从而实现对高分辨率SAR图像的精确建模。最后我们通过真实SAR图像对本文提出的模型与已有模型进行比较。试验结果表明,本文提出的模型能够对不同的高分辨率SAR图像进行统计建模,并且具有较高的拟合精度。     

基于贝叶斯框架和Gamma分布的SAR图像分割

图像分割作为图像处理的关键步骤之一,一种高精度的SAR图像分割方法在图像分析与解译中显得尤为重要。根据SAR图像的统计特性,本文主要研究基于贝叶斯框架和Gamma分布的SAR图像分割方法,分别以单一Gamma分布概率模型和Gamma混合模型定义像素属于聚类的或然率;此外,基于马尔科夫随机场理论定义像素与其邻域像素标号间相互作用关系,并以此作为先验概率;然后,根据贝叶斯定理得到像素属于聚类的后验概率。最后,分别基于上述两种方法对模拟SAR图像及真实SAR图像进行分割实验。结果表明,Gamma混合模型较单一Gamma分布能够更加准确地描述SAR图像分布特征,得到高精度的分割结果。     

SAR图像复合分布船只检测模型

提出了一种基于复合参数分布的SAR图像船只检测模型。模型使用Pearson分布系统模拟SAR图像海洋背景散射分布, Pearson分布系统由4种参数分布组成, 包括Pearson I分布(g)、Ⅲ分布、Ⅳ分布(反g)和Ⅵ分布。模型采用基于β平面的分布选择器确定采用哪种分布来拟合SAR图像海面后向散射分布, 同时利用4种分布, 结合CFAR技术, 建立CFAR方程, 通过解算方程得到检测阈值, 利用阈值进行SAR图像船只检测。通过图像试验验证表明, 该模型检测效果良好, 具有一定的实用价值。     

散射模型的多时相极化SAR斑点噪声滤波算法

本文提出了一种基于散射模型的多时相极化SAR数据斑点噪声滤波算法,该方法是利用多时相极化SAR数据,在保持像元主散射特性基础上实现斑点噪声抑制。其基本原理是对多时相极化SAR数据的主辅影像进行分类,并通过统计主辅影像中待滤波像元邻域窗口内类别分布情况自适应地选取参与滤波的像素进行滤波。实测数据的实验结果表明,该方法既能够有效地抑制斑点噪声,又能够良好地保持地物散射特性和边缘纹理特征。     

基于可变形状参数Gamma分布的模糊聚类多视SAR图像分割

针对传统模糊聚类分割算法无法克服合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)图像中固有的斑点噪声问题, 提出了一种利用可变形状参数Gamma分布和邻域相关性的模糊聚类分割算法。可变形状参数Gamma分布用于建模多视SAR强度图像的斑点噪声, 并以其负对数作为特征场中像素与聚类间强度的相似性测度模型; 通过马尔可夫随机场(Markov random field, MRF)建立标号场中邻域像素的类属相关性模型; 在模糊聚类框架下, 以上述模型为基础构建模糊目标函数; 在目标函数最小化准则下, 求解最优结果。实验表明, 可变形状参数Gamma分布能够更加准确地拟合同质区域内像素强度的统计直方图。为有效求解包涵在Gamma函数内的形状参数, 采用牛顿迭代算法估计其数值解。对合成和真实多视SAR图像分别进行分割实验, 定性、定量分析的结果验证了本文算法的有效性。     

高分三号SAR影像双阈值变化检测

双阈值合成孔径雷达SAR(Synthetic Aperture Radar)变化检测算法具有在发现变化区域的同时还能确定地表发生后向散射变化类型的优点。针对广义高斯双阈值最小误差法D-GKIT(Dual Generalized Kittler and Illingworth Thresholding)在进行阈值选取时直方图中不同类别像素灰度级重叠严重时,分割结果容易在尖峰单侧选取出双阈值而导致无法正确分割差异图的问题,本文提出一种结合归一化最大类间方差和广义高斯最小误差法GKIT(Generalized Kittler and Illingworth Thresholding)的双阈值SAR变化检测方法。首先,提出以归一化最大类间方差值作为灰度级重叠程度的判别参数,确定阈值的选取顺序及两个候选区间;然后,利用GKIT在候选区间内进行分割,获取单侧阈值及非变化类拟合函数;最后,提出利用非变化类拟合函数更新后的直方图作为另一侧阈值选取基础进行分割,得到对应分割阈值。以宁波地区高分三号(GF-3)SAR卫星影像作为试验研究数据,结果表明:本文方法能较好地解决灰度级重叠时D-GKIT无法进行正确分割的问题,具有良好的变化检测效果和更强的鲁棒性且达到了利用研究区数据验证利用GF-3号SAR卫星影像进行变化检测研究可行性的目的。     

不同TEC分布模式对星载SAR立体定位精度的影响及校正

基于SAR成像模型和R-D定位模型,分析了电离层对星载SAR立体定位精度的影响,提出了相应的校正方法,并进行了仿真实验。实验表明对于特定波长的SAR信号,不同TEC分布模式组合对SAR立体像对定位精度的影响不同,校正效果也不同:当两幅影像对应的TEC分布均匀且大小相同时,电离层对SAR立体定位精度的影响小到可以忽略;当两幅影像由于拍摄季节不同导致TEC不同时,电离层影响很大,特别是距离向精度,其影响程度与两幅影像对应的TEC差值正相关,此时定向参数精化法校正效果很好;当电离层发生扰动时,电离层影响随着扰动程度的增大而增大,定向参数精化法有一定效果,但当电离层扰动很大时,校正效果明显减弱,还需要通过斜距直接校正法等其他方法予以校正。     

基于梯度径向夹角直方图的异源图像匹配

提出一种图像全局特征描述方法——梯度径向夹角金字塔直方图.该特征不受图像灰度级非线性变换和图像旋转的影响,具有较强的抗噪声能力.基于该特征的匹配算法能够对存在旋转变换的异源图像进行匹配.用SAR图像和可见光图像对匹配算法进行测试,结果表明基于梯度径向夹角金字塔直方图匹配方法的匹配成功率优于传统方法.由于对基准图进行离线...     

SAR影像与光学影像的高斯伽玛型边缘强度特征匹配法

提出了一种基于影像边缘强度图描述的SAR影像与光学影像匹配方法。首先对影像进行粗纠正,消除影像之间的尺度和旋转变化;其次,改进相位一致性特征检测方法,提取对影像相干斑噪声稳健的特征点;然后基于高斯伽玛型双边窗口比值算子计算影像边缘强度图,在此基础上构造不变特征描述符;最后联合几何约束条件,实现SAR影像与光学影像匹配。试验结果证明,与现有方法相比,本文方法能够大幅提高SAR影像与光学影像匹配结果中的正确匹配特征数量以及影像配准精度。     

影像融合技术应用于地表分类之探讨

本论文尝试讨论两个主题：主题一为利用主成分分析PCA方法应用于像元阶层资料融合技术的研究。主题二为应用Dempster-Shafer evidence theory方法于特征阶层数据融合技术的研究。在第一个主题中，由于合成孔径雷达的数据具有全偏极特性，在此选取了对植被较为敏感的HV极化合成孔径雷达数据，与具有光谱特性的光学SPOT数据做数据融合处理以利接下来的地物分类。首先，本研究利用小波转换技术来滤除合成孔径雷达斑驳噪声，在接下来融合步骤中，主成分分析出来的第一部分（PCI）是用做完滤除噪声后的合成孔径雷达取代，在数据融合后，进行地物分类是采用最大似然法来分类融合影像。在第二个主题中，利用全偏极雷达数据的极化特性结合SPOT数据的光谱特性，其主要目的是为了增加分类的精确度。首先使用李式滤波器滤除全偏极雷达数据噪声，接下来同样是使用采用最大似然法来分类融合影像，（不同的在于全偏极雷达影像使用Wishart几率分布，在光学影像采用multivariate Gaussian几率分布）将每个类别中每个像元属于某个类别的几率值计算出来，再利用Dempster-Shafer evidence theory来结合这些类别的机率值。最后产生出一张新的分类影像。实验的结果显示分类的精确度比较于未融合的资料都有明显提升的效果，也证明了此两个数据融合方法对于不同数据特性的融合都是很成功的。     

局部统计活动轮廓模型的SAR图像海岸线检测

首次将局部统计活动轮廓模型引入SAR图像海岸线检测问题中,提出了一种基于局部统计活动轮廓模型的SAR 图像海岸线检测方法。首先利用C-V模型进行粗分割,消除局部统计活动轮廓模型对初始轮廓线设置要求严格的限制,然后提出了一种基于G⁰分布的局部统计活动轮廓模型,进行精细分割。该模型采用G⁰分布对轮廓线上每一点的邻域进行统计建模,增强了模型数据拟合能力,提高了海岸线检测精度,加入水平集函数惩罚项,消除了重新初始化过程。实测SAR图像实验表明,本文方法可用于精确海岸线检测。     

应用于SAR图像配准的自适应SIFT特征均匀分布算法

SAR图像配准要求提取出稳定且分布均匀的同名点,但是传统的SIFT算法没有考虑特征点的空间分布情况,提取的特征呈块状分布。针对SAR图像数据的特点,提出了一种自适应控制SIFT特征均匀分布算法,利用局部纹理特征,并结合最优化筛选策略,在保证特征点稳定性和准确性的同时,自适应控制特征在不同空间的分布情况,实现SIFT特征点在图像空间和尺度空间的合理分布。最后从提取效率、匹配正确率和分布质量等方面进行对比试验,验证了算法应用于SAR图像配准的能力。     

高分三号影像水体信息提取

国内外针对陆地水体信息提取、洪涝灾害快速响应方面具有较深入的研究,但是多采用发展较早、图像质量可靠的可见光影像及国外星载SAR影像。中国合成孔径雷达（SAR）卫星高分三号（GF-3）已获取了大量多极化、全极化SAR数据,为了将GF-3影像快速应用到环境保护、水资源管理等行业中,本研究分析了水体与其他目标具有的不同后向散射特性,将阈值分割法与马尔可夫随机场（MRF）相结合,发展了一种检测精度较高、自动化程度强的水体信息提取方法。该方法首先通过直方图统计的方法对不同成像模式、不同极化的GF-3影像进行后向散射强度分析,在阈值分割的研究基础上,比较了最大类间方差法（Otsu）和Kittler and Illingworth（KI）二值化法在水体-非水体分类中的效果。然后结合DEM和GF-3轨道参数排除因阴影现象产生的辐射失真对图像概率分布的影响,得到初始的水体信息分布图,再经过Fisher变换和马尔可夫随机场（MRF）的迭代运算,综合利用GF-3影像的多极化信息和空间上下文信息,以最大后验概率准则输出最终的水体分布图。利用了湖南省东北部不同成像模式的两景GF-3影像进行试验,在成像时间接近的光学影像中随机选择检验样点进行精度评价。实验结果表明,KI方法在GF-3水体提取应用中比Otsu方法具有更强的优势,剔除图像阴影区域后,自动化确定的阈值与目视解译阈值更加接近,通过MRF模型优化以后,实现了对水体信息的连贯提取,对图像噪声具有较强的抑制作用。本研究对水体目标的提取精度均达到了85%以上,实验结果精度优于基于光学影像的水体指数法,整个流程需要很少的人工经验参与,具有自动化程度强、检测精度高的优势。