一种局域图像指标最优化的多角度SAR图像融合方法技术

本发明专利技术提供一种全新的多角度SAR图像融合成像算法——一种局域图像指标最优化的多角度SAR图像融合方法。本发明专利技术根据图像像素的叠掩区与非叠掩区二值分割结果，对叠掩区和非叠掩区图像分别进行取较大值大、或取较小值、或互换准则的两两交叉分类融合处理，可有效消除叠掩与阴影现象对于SAR图像融合的不利影响；同时对融合处理后的每一幅图像进行图像质量评价，利用滑动窗口逐像素为中心计算每一幅图像的图像局域指标，并根据局域图像指标最优化准则，得到最终的融合处理结果I

【技术实现步骤摘要】
一种局域图像指标最优化的多角度SAR图像融合方法
本专利技术属于成像雷达探测领域，同时还属于图像融合处理领域，尤其涉及一种局域图像指标最优化的多角度SAR图像融合方法。
技术介绍
合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar,以下简称SAR)作为主动式微波传感器，充分利用了脉冲压缩技术、合成孔径原理以及信号相干处理方法，能够以真实小孔径天线获取距离向和方位向二维高分辨的雷达图像，可实现全天时、全天候的目标观测，可透过地表和植被获取目标信息，可跟踪测量目标的散射特性，还可实现对机动目标的成像识别。这些特点使其一跃成为现代军事侦察的主要工具，其获取的高分辨雷达图像极大地推进了军事活动的信息化进程并深刻改变了现代战争的形态。但是，经典SAR的直线观测几何仅能获取目标在较小方位角度内的散射信息，其“距离-多普勒”成像原理以及特殊的侧视成像探测模式，导致输出图像不可避免地存在目标遮挡、探测阴影(盲区)和目标叠掩等固有问题，给系统对目标检测与识别带来了不利影响。例如，SAR图像中由于遮挡造成的阴影区域成为探测的盲区，无法提供该部分的目标信息，而叠掩现象使得不同空间位置的目标散射信息相互叠加在同一个分辨单元内，严重时甚至会对感兴趣的目标散射信息产生遮盖，导致系统对目标检测和识别的正确率大大降低。在军事侦察中，准确而全面地了解战场环境和获取重点目标的信息非常重要，上述问题让成像效果大打折扣，大大降低了SAR在城市、山地等复杂场景下成像结果的实用性和可读性，严重制约了SAR的探测性能。为进一步提升SAR在城市、山地等复杂场景下的探测性能及应用效能，提高SAR全面、准确获取目标信息的能力，多角度SAR成像技术应运而生。它通过融合多个角度下的探测信息，可以实现对目标电磁散射特征的完整描述，有效拓展被探测目标的空间谱支撑区，一定程度上克服传统SAR直线观测中存在的目标遮挡、探测阴影(盲区)和目标叠掩等问题，对于战场军事侦察和城市测绘具有重要的现实意义和极高的实际应用价值。作为当前SAR成像领域的热点研究方向之一，国内外众多研究机构和学者已成功开展了一系列基于星载、机载和地基平台的多角度SAR成像理论和试验研究，并获得了一批良好的成像探测结果，充分展示了多角度SAR技术在对地观测方面的巨大应用潜力。但是，目前的多角度SAR成像技术研究所公开发表的成像探测结果，尚未解决山地、城市等地形起伏剧烈，雷达图像叠掩概率高、探测盲区大的成像场景的有效处理。应用于未来战争环境下的合成孔径雷达不仅要求成像性能好，而且要求叠掩概率低、探测盲区小；现有多角度SAR成像处理技术在减小成像叠掩和探测盲区方面能力不足，如何提高多角度SAR成像处理技术消除成像叠掩和探测盲区的能力已成为重大现实问题。本质上讲，多角度SAR成像需对多个角度的目标信息进行融合处理。根据融合处理方式的不同，多角度SAR成像理论主要可分为图像层融合的成像理论和信号层融合的成像理论。其中，图像层融合的多角度SAR成像理论主要在图像域实现目标信息融合，以图像配准、图像特征提取和图像融合方法等关键问题为研究重点。研究结果表明，利用不同角度的SAR图像可以提高目标参数的估计精度，并在一定程度上克服遮挡和多次散射对目标反演的影响，从原理上证明了多角度SAR成像的正确性。目前基于图像层的多角度SAR成像理论研究更为普遍，发展也相对成熟。信号层融合的多角度SAR成像理论的关键问题是如何实现不同观测角度回波数据的融合，以及如何对融合后的数据进行统一的成像处理。由于多角度SAR观测角度差异较大，各角度SAR数据的空间不连续性和空间采样的非均匀性对基于信号层融合的成像处理带来了很大的挑战，传统基于傅里叶变换的方法会导致主瓣展宽、旁瓣升高等散焦问题，因此必须开展符合上述数据特点的特殊成像处理算法。同时，受目标散射特性非各向同性的影响，基于经典理论的信号层融合多角度SAR成像理论适用范围有限，亟待开发和完善基于新的信号处理理论的信号层融合多角度SAR成像理论及算法。图像层融合的多角度SAR成像算法利用现有SAR成像算法获取目标在多个角度上的成像结果，通过图像融合技术，实现对目标信息的融合。该类算法可结合现有SAR成像理论和图像融合领域的研究成果，对系统成像条件要求较低，具有较强的兼容性和鲁棒性。但是，如何实现对目标特征信息的有效提取和不同角度下目标图像信息的准确融合仍然是该算法需要重点研究的问题。目前，在城市高精度测绘问题中，为克服单一视角SAR成像中建筑物遮挡和叠掩对高价值目标(如道路、桥梁、车辆等)探测的影响，多使用图像层融合算法。信号层融合的多角度SAR成像算法首先在信号层对回波信号进行融合，然后再对融合后的数据进行成像处理，最终获得目标的成像结果。由于此类算法对接收数据的相干性要求较高，期望通过全相干累积的方法获得目标的最优分辨率和高信噪比图像，但是由于实际目标并不满足各向同性散射条件，这一目标实现难度很大。相比图像层融合的多角度SAR成像，其对系统的观测几何、平台稳定性和信号的采样要求更高。目前，信号层融合处理的成像算法仍是多角度SAR成像算法研究的一个难点。可见，针对多角度SAR融合成像算法的研究，更适于综合利用信号层融合的相干处理(各视角或各子孔径单独相干成像)以及图像层融合的非相干处理(不同视角或不同子孔径非相干融合)来获得更优、更准确的成像探测结果。
技术实现思路
为解决上述现行多角度SAR融合成像算法在减小成像叠掩和探测盲区方面能力不足的问题，本专利技术提供一种全新的多角度SAR图像融合成像算法——一种局域图像指标最优化的多角度SAR图像融合方法。本专利技术适用于对山地、城市等高地形起伏的目标区域实施合成孔径成像探测，可有效消除单一视角SAR成像探测结果中叠掩、阴影等现象，克服其对目标检测与识别的不利影响，确保复杂场景下对敌军事目标的成像侦察能力不受影响。经该算法融合处理的图像，大大提升了图像的可读性和可懂度，非常有利于图像应用时的目标判读和理解。一种局域图像指标最优化的多角度SAR图像融合方法，包括以下步骤：步骤1：确定成像平面，并采用时域快速后向投影算法在与成像平面相对应的成像网格上完成N个单一视角SAR数据的相干累积处理，得到N幅单一视角SAR图像，其中N至少为3；步骤2：对各幅单一视角SAR图像实施去相干斑滤波处理；步骤3：对各幅相干斑滤波处理后的单一视角SAR图像分别进行大尺度降质处理，得到N幅粗分辨率的降质图像Ic；步骤4：采用滑动窗口法，以降质图像Ic各像素为中心，计算滑动窗口内的图像能量，得到能量图Ec；步骤5：根据能量图Ec和单一视角SAR图像的统计分布特性，确定各幅单一视角SAR图像的阈值Lc并完成二值分割；其中，如果任一像素点的像素值大于Lc，则该像素属于叠掩区，否则属于非叠掩区；步骤6：在N幅不同的方位视角下的单一视角SAR图像中任选2幅，根据各自的二值分割结果，对叠掩区和非叠掩区图像分别进行两两交叉融合处理，并存储每次操作所得的交叉融合图像If，得到新的像素级融合图像集∪If；其中：任一成像网格位置如果属于两幅单一视角SAR图像的公共叠掩区，则取两个成像网格上较小的像素值作为输出的融合图像相同网格位置上的像素值；如果像素值相等，则任取其中一个成像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种局域图像指标最优化的多角度SAR图像融合方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：确定成像平面，并采用时域快速后向投影算法在与成像平面相对应的成像网格上完成N个单一视角SAR数据的相干累积处理，得到N幅单一视角SAR图像，其中N至少为3；步骤2：对各幅单一视角SAR图像实施去相干斑滤波处理；步骤3：对各幅相干斑滤波处理后的单一视角SAR图像分别进行大尺度降质处理，得到N幅粗分辨率的降质图像I

【技术特征摘要】
1.一种局域图像指标最优化的多角度SAR图像融合方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：确定成像平面，并采用时域快速后向投影算法在与成像平面相对应的成像网格上完成N个单一视角SAR数据的相干累积处理，得到N幅单一视角SAR图像，其中N至少为3；步骤2：对各幅单一视角SAR图像实施去相干斑滤波处理；步骤3：对各幅相干斑滤波处理后的单一视角SAR图像分别进行大尺度降质处理，得到N幅粗分辨率的降质图像Ic；步骤4：采用滑动窗口法，以降质图像Ic各像素为中心，计算滑动窗口内的图像能量，得到能量图Ec；步骤5：根据能量图Ec和单一视角SAR图像的统计分布特性，确定各幅单一视角SAR图像的阈值Lc并完成二值分割；其中，如果任一像素点的像素值大于Lc，则该像素属于叠掩区，否则属于非叠掩区；步骤6：在N幅不同的方位视角下的单一视角SAR图像中任选2幅，根据各自的二值分割结果，对叠掩区和非叠掩区图像分别进行两两交叉融合处理，并存储每次操作所得的交叉融合图像If，得到新的像素级融合图像集∪If；其中：任一成像网格位置如果属于两幅单一视角SAR图像的公共叠掩区，则取两个成像网格上较小的像素值作为输出的融合图像相同网格位置上的像素值；如果像素值相等，则任取其中一个成像网格上的像素值作为输出的融合图像相同网格位置上的像素值；任一成像网格位置如果在其中一幅单一视角SAR图像属于叠掩区，在另一幅单一视角SAR图像属于非叠掩区，则取属于非叠掩区的成像网格上的像素值作为输出的融合图像相同网格位置上的像素值；任一成像网格位置如果属于两幅单一视角SAR图像的公共非叠掩区，则取两个成像网格上较大的像素值作为输出的融合图像相同网格位置上的像素值；如果像素值相等，则任取其中一个成像网格上的像素值作为输出的融合图像相同网格位置上的像素值；步骤7：采用滑动窗口法遍历每一幅交叉融合图像If的所有像素，计算交叉融合图像If各个像素的局部图像特征；其中局部图像特征包括对比度、图像熵以及全变分；步骤8：对比各幅交叉融合图像If相同位置的像素，将局部图像特征最优的像素作为最终的融合图像Iopt对应网格的像素，直至输出整幅融合图像Iopt；其中，局部图像特征最优包括对比度最大、图像熵最小以及全变分最大。2.如权利要求1所述的一种局域图像指标最优化的多角度SAR图像融合方法，其特征在于，步骤7所述的采用滑动窗口法计算局部图像特征具体为：所述滑动窗口依次在各幅交叉融合图像If上逐像素移动，以每个像素为中心计算窗口内局部图像的对比度、图像熵以及全变分，直至滑动窗口的中心遍历所有像素；具体的计算过程是：Imax＝max[I(i,j)],i＝1,2,3,......nw；j＝1,2,3,......nwImin＝min[I(i,j)],i＝1,2,3,......nw；j＝1,2,3,......nw

【专利技术属性】
技术研发人员：尹灿斌，冉达，劳国超，
申请(专利权)人：中国人民解放军装备学院，
类型：发明
国别省市：北京,11