基于退化濾波器-加權(quán)最大似然估計(jì)的雷達(dá)圖像邊緣提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請涉及雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域，更具體地涉及一種基于退化濾波器-加權(quán)最大似 然估計(jì)（degenerate filter-weighted maximum likelihood estimation，DG-WMLE)的雷 達(dá)圖像邊緣提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 邊緣的提取與分析是合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar，SAR)圖像空域 信息分析的基礎(chǔ)。
[0003] 基于區(qū)域比較的濾波器是SAR圖像邊緣檢測的經(jīng)典方法，邊緣圖的計(jì)算是按順序 逐個(gè)訪問圖像中的每個(gè)像素，然后將一系列、不同朝向的濾波器置于該像素處，分析像素兩 側(cè)區(qū)域之間的差異性，用于衡量在這個(gè)像素點(diǎn)出現(xiàn)邊緣的概率，并作為該像素點(diǎn)邊緣信息 的指示。其示意圖如下：
[0004] 此類濾波器主要由4個(gè)參數(shù)進(jìn)行控制：長度If，寬度Wf，中心像素點(diǎn)兩側(cè)區(qū)域之間 的差距df，以及兩個(gè)連續(xù)方向之間的角度增幅Λ 0f。因此，在任何一個(gè)中心像素處，在lf、 WjPdfS個(gè)參數(shù)相等的情況下，共有Nf= π/Λ Θ 不同角度的濾波器。1#卩Wf這兩個(gè) 參數(shù)定義了濾波器的尺度。在這種機(jī)制之下，SAR圖像中任何一個(gè)像素點(diǎn)的邊緣強(qiáng)度由這個(gè) 像素點(diǎn)不同朝向的濾波器的最大響應(yīng)來表示，而濾波器的響應(yīng)則由濾波器中心像素兩側(cè)區(qū) 域氏和I之間的基于區(qū)域的概率相異性衡量決定。相異性衡量的方法有很多種，比較常用 的有均值比算子（Ratio)、廣義似然比算子（Generalized Likelihood Ratio Test，GLRT) 和交叉相關(guān)算子（Cross Correlation)等。
[0005] 這種邊緣提取方法理論完備、易于實(shí)現(xiàn)并且高效，但是其前提是兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的樣 本滿足獨(dú)立同分布的假設(shè)。在實(shí)際的SAR圖像場景，特別是在異質(zhì)性區(qū)域中，很難以保證獨(dú) 立同分布的假設(shè)總是成立。因此此類邊緣提取方法性能的制約主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：
[0006] 尺度困境：如果濾波器的尺度增大，那么在同質(zhì)性區(qū)域內(nèi)，該濾波器能夠?qū)Ψ植紖?數(shù)進(jìn)行更準(zhǔn)確的估計(jì)，這種情況下在同質(zhì)性區(qū)域所提取的邊緣圖將更加"干凈"，虛警更少。 但是由于尺度更大，在地表異質(zhì)性區(qū)域，使得獨(dú)立同分布假設(shè)更加難以滿足，在異質(zhì)性區(qū)域 難以準(zhǔn)確的提取出邊緣信息，虛警較多；
[0007] 定位偏差：在實(shí)際的計(jì)算中，濾波器的方向總是設(shè)定為有限個(gè)。當(dāng)位于中心像素的 濾波器朝向均與該像素實(shí)際邊緣方向不吻合時(shí)，邊緣提取結(jié)果會(huì)出現(xiàn)定位偏差，并且濾波 器尺度越大，該定位偏差越明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 有鑒于此，本發(fā)明針對傳統(tǒng)的基于區(qū)域比較的SAR圖像邊緣提取方法在尺度選 擇、邊緣定位兩方面存在的缺陷，提出了一種基于退化濾波器-加權(quán)最大似然估計(jì)的雷達(dá) 圖像邊緣提取方法，以實(shí)現(xiàn)保證圖像分辨率、邊緣定位準(zhǔn)確的SAR圖像邊緣提取。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于退化濾波器-加權(quán)最大似然估計(jì)的雷 達(dá)圖像邊緣提取方法，包括以下步驟：
[0010] 估計(jì)所述雷達(dá)圖像任意一點(diǎn)處的無噪真值，計(jì)算濾波器方向下該像素處的邊緣響 應(yīng)；
[0011] 遍歷完所有濾波器方向，取其中最大邊緣響應(yīng)值作為當(dāng)前像素處邊緣強(qiáng)度；
[0012] 遍歷完所述雷達(dá)圖像上的所有點(diǎn)，得到所述雷達(dá)圖像所有像素處的邊緣強(qiáng)度值， 由此實(shí)現(xiàn)所述所述雷達(dá)圖像的邊緣提取。
[0013] 以及，一種基于退化濾波器-加權(quán)最大似然估計(jì)的雷達(dá)圖像邊緣提取方法，包括 以下步驟：
[0014] 步驟1，輸入雷達(dá)圖像數(shù)據(jù)；
[0015] 步驟2,假設(shè)當(dāng)前像素為X，選擇一個(gè)方向0df構(gòu)建濾波器；在該方向下，以像素X 為中心，令其相鄰的兩個(gè)像素分別為\和X j;
[0016] 步驟3,分別構(gòu)建搜索窗口 ;
[0017] 步驟4,在各自的搜索窗口內(nèi)，分別估計(jì)\和L處的無噪真值；
[0018] 步驟5,計(jì)算在當(dāng)前濾波器方向下鄰域像素\和^_的相異性，作為該方向下像素 X 處的邊緣響應(yīng)；
[0019] 步驟6,判斷在當(dāng)前像素 X處是否遍歷完所有的濾波器方向；若否，則返回步驟2， 并計(jì)算下一個(gè)濾波器方向上的邊緣強(qiáng)度；若是，則繼續(xù)步驟7 ;
[0020] 步驟7,遍歷所有方向下的邊緣響應(yīng)值，取其中的最大值作為當(dāng)前像素處的邊緣強(qiáng) 度，對應(yīng)的濾波器方向?yàn)檫吘壏较颍?br>[0021] 步驟8,判斷是否遍歷完圖像中所有的像素點(diǎn)；若否，則返回步驟2,并繼續(xù)計(jì)算下 一個(gè)像素點(diǎn)處的邊緣強(qiáng)度；若是，則繼續(xù)步驟9 ;
[0022] 步驟9,輸出所有像素處的邊緣強(qiáng)度值并保存。
[0023] 其中，步驟3中所述搜索窗口和/?~的大小為11像素 *5像素。
[0024] 其中，步驟4中所述估計(jì)xJP X j處的無噪真值的步驟包括：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于退化濾波器-加權(quán)最大似然估計(jì)的雷達(dá)圖像邊緣提取方法，包括以下步 驟： 估計(jì)所述雷達(dá)圖像任意一點(diǎn)處的無噪真值，計(jì)算濾波器方向下該像素處的邊緣響應(yīng)； 遍歷完所有濾波器方向，取其中最大邊緣響應(yīng)值作為當(dāng)前像素處邊緣強(qiáng)度； 遍歷完所述雷達(dá)圖像上的所有點(diǎn)，得到所述雷達(dá)圖像所有像素處的邊緣強(qiáng)度值，由此 實(shí)現(xiàn)所述所述雷達(dá)圖像的邊緣提取。
2. -種基于退化濾波器-加權(quán)最大似然估計(jì)的雷達(dá)圖像邊緣提取方法，包括以下步 驟： 步驟1，輸入雷達(dá)圖像數(shù)據(jù)； 步驟2,假設(shè)當(dāng)前像素為X，選擇一個(gè)方向Θ df構(gòu)建濾波器；在該方向下，以像素 X為中 心，令其相鄰的兩個(gè)像素分別為\和X 步驟3,分別構(gòu)建搜索窗口 i?fw和i?,sw ; 步驟4,在各自的搜索窗口內(nèi)，分別估計(jì)xJP X j處的無噪真值； 步驟5,計(jì)算在當(dāng)前濾波器方向下鄰域像素\和^的相異性，作為該方向下像素 X處 的邊緣響應(yīng)； 步驟6,判斷在當(dāng)前像素 X處是否遍歷完所有的濾波器方向；若否，則返回步驟2,并計(jì) 算下一個(gè)濾波器方向上的邊緣強(qiáng)度；若是，則繼續(xù)步驟7 ; 步驟7,遍歷所有方向下的邊緣響應(yīng)值，取其中的最大值作為當(dāng)前像素處的邊緣強(qiáng)度， 對應(yīng)的濾波器方向?yàn)檫吘壏较颍? 步驟8,判斷是否遍歷完圖像中所有的像素點(diǎn)；若否，則返回步驟2,并繼續(xù)計(jì)算下一個(gè) 像素點(diǎn)處的邊緣強(qiáng)度；若是，則繼續(xù)步驟9 ; 步驟9,輸出所有像素處的邊緣強(qiáng)度值并保存。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于退化濾波器-加權(quán)最大似然估計(jì)的雷達(dá)圖像邊緣提取方 法，其中步驟3中所述搜索窗口 的大小為11像素*5像素。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于退化濾波器-加權(quán)最大似然估計(jì)的雷達(dá)圖像邊緣提取方 法，其中步驟4中所述估計(jì)xJP X j處的無噪真值的步驟包括：
式中，IO^ )為X'像素處的圖像強(qiáng)度，為像素點(diǎn)\處無噪真值的WMLE估 計(jì)值，W Λ為用于WMLE估計(jì)的像素所在的搜索窗口，所述搜索窗口的大小和范圍與退化之 前的區(qū)域Ri-致。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于退化濾波器-加權(quán)最大似然估計(jì)的雷達(dá)圖像邊緣提取方 法，其中所述權(quán)重ω (Xi，X'）來自于以XJPX'兩個(gè)像素為中心的圖像塊PxJP Px，之間的 概率相異性并經(jīng)過指數(shù)核的變換，計(jì)算公式如下所示：
其中，h為指數(shù)核的參數(shù)，Aro(AfA)為兩個(gè)圖像塊之間的概率相異性衡量，根據(jù)下式 計(jì)算：
其中，I (Xi+ τ )和I (X' + τ )分別表示兩個(gè)圖像塊中對應(yīng)像素點(diǎn)處的強(qiáng)度，τ用來表 示像素點(diǎn)xjp X'在圖像塊P xdP P χ，中的位置一致。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于退化濾波器-加權(quán)最大似然估計(jì)的雷達(dá)圖像邊緣提取方 法，其中步驟5中所述計(jì)算在當(dāng)前濾波器方向下鄰域像素\和X」的相異性的步驟包括： 在中心像素 X處，用下述公式來計(jì)算某個(gè)方向上的邊緣信息：
其中，Awmlr(X,)為像素點(diǎn)Xi處無噪真值的WMLE估計(jì)值，(巧）為像素點(diǎn)Xi處無 噪真值的WMLE估計(jì)值； 然后，取所有方向下的濾波器響應(yīng)最大值作為該點(diǎn)處的邊緣強(qiáng)度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于退化濾波器-加權(quán)最大似然估計(jì)的雷達(dá)圖像邊緣提取方 法，其中步驟2中使用的濾波器方向總數(shù)為4個(gè)。
【專利摘要】一種基于退化濾波器-加權(quán)最大似然估計(jì)的雷達(dá)圖像邊緣提取方法，包括任選一像素點(diǎn)，令其相鄰兩像素為xi和xj，準(zhǔn)確估計(jì)xi和xj處的無噪真值；計(jì)算當(dāng)前濾波器方向下鄰域像素xi和xj的相異性，作為該方向下像素x處的邊緣響應(yīng)；判斷當(dāng)前像素x處是否遍歷完所有濾波器方向，若否則重復(fù)上述步驟，計(jì)算下一濾波器方向上的邊緣強(qiáng)度；遍歷所有方向下的邊緣響應(yīng)值，取其中最大值作為當(dāng)前像素處邊緣強(qiáng)度，對應(yīng)的濾波器方向?yàn)檫吘壏较?；判斷是否遍歷完圖像中所有像素點(diǎn)，若否則重復(fù)上述步驟，繼續(xù)計(jì)算下一像素點(diǎn)處邊緣強(qiáng)度，若是則輸出所有像素處的邊緣強(qiáng)度值。本發(fā)明的方法可實(shí)現(xiàn)保證圖像分辨率、邊緣定位準(zhǔn)確的SAR圖像邊緣提取。
【IPC分類】G06T7-00
【公開號(hào)】CN104657998
【申請?zhí)枴緾N201510091510
【發(fā)明人】洪文, 胡昊, 柳彬, 張?jiān)鲚x, 張冰塵, 蔣成龍
【申請人】中國科學(xué)院電子學(xué)研究所, 上海交通大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月28日