基于时序SAR图像的统计同分布空间像素选择方法技术

本发明专利技术公开了一种基于时序SAR图像的统计同分布空间像素选择方法，首先对原始SAR图像数据序列进行预处理获得单视SAR强度图像序列；对SAR强度图像序列进行配准；在配准后的单视SAR强度图像服从指数统计分布的假设下，获取似然比检验的拒绝域；比较矩形滑动窗口内每个空间像素的时间样本与中心参考像素的时间样本的统计相似度；遍历整个图像中的每个空间像素，获取每个空间像素的统计同分布样本；采用Lee滤波和每个空间像素的同分布样本对SAR图像进行滤波；本发明专利技术通过似然比假设检验将与参考像素具有相同属性的样本挑选出来，更加符合雷达图像中像素点的空间分布规律和后向散射特性，得到全分辨率与真实地表更加接近的滤波图像。

【技术实现步骤摘要】
基于时序SAR图像的统计同分布空间像素选择方法
本专利技术属于SAR数据处理
，具体涉及一种基于时序SAR图像的统计同分布空间像素选择方法。
技术介绍
近些年，随着新型星载SAR(SyntheticApertureRadar，合成孔径雷达)传感器的相续发射，时间序列SAR技术在雷达遥感应用中占据越来越重要的位置。由于SAR回波信号是地面分辨率单元内散射体后向散射贡献的累加，这些散射体表现出随机相位，导致SAR数据信号形成相干斑。如何有效地去除SAR数据中的相干斑噪声，恢复真实SAR反射值，一直是SAR研究的难点。SAR相干斑滤波从80年代起开始被提出，如多视滤波，Lee滤波，MAP-Sigma滤波，Kuan滤波，IDAN滤波和NLSAR滤波等。但这些滤波均采用局部空间统计削弱噪声，使得空间分辨率难以维持，质地边缘信号丢失，或者信号损失与噪声抑制难以权衡。基于时间序列的SAR滤波方法由于使用时间样本进行像素选择，不涉及空间操作，在解决以上难题中有绝对的优势。这类方法在非参数或者参数假设检验框架下比较空间像素相似度，但是由于假设检验自身功效的大小，所以不同假设检验的第一、二类误差不一，导致实际滤波效果参层不齐。相比之下，参数假设检验的效果更好，尤其是似然比检验，被黎曼-皮尔逊定理证明是最优假设检验。然而，似然比检验的拒绝域往往难以给出，因而在实际应用中受限。
技术实现思路
本专利技术的目的在于使SAR滤波结果反映真实雷达后向散射系数，提出一种基于时序SAR图像的统计同分布空间像素选择方法，实现SAR同分布样本选择，解决似然比检验在比较空间像素相似度上受限传统SAR图像相干斑滤波中由于异质像素参与滤波导致的边界模糊和图像失真的技术问题。本专利技术采用如下技术方案，一种基于时序SAR图像的统计同分布空间像素选择方法，具体步骤如下：1)对原始SAR图像数据序列进行预处理，获得单视SAR强度图像序列；2)对预处理后的单视SAR强度图像序列进行配准，得到配准后的单视SAR强度图像序列；3)在配准后的单视SAR强度图像服从指数统计分布的假设下，获取似然比检验的拒绝域；4)设定一个尺寸为m×m的矩形滑动窗口，m为像素数，m为奇数,逐个比较窗口内每个空间像素的时间样本与中心参考像素的时间样本的统计相似度，设定零假设为两个时间样本具有相同分布，若在给定显著水平α条件下似然比检验推翻零假设，则该空间像素与中心参考像素是异质像素；否则似然比检验接受零假设，即该空间像素与中心参考像素是同分布像素；5)重复步骤4)，遍历整个图像尺寸中的每个空间像素，获取每个空间像素的统计同分布样本；6)采用滤波器，将滤波器中原有方向窗口中的像素代替为上述每个空间像素获得的统计同分布样本，对SAR图像进行滤波，输出结果。优选地，采用复数取模的平方的方法获得单视SAR强度图像序列。优选地，配准采用强度最大互相关算法。优选地，获取似然比检验的拒绝域具体为，对于服从指数分布的时间样本{x1,x2,…,xn}和{y1,y2,…,yn}，获取在零假设下似然比检验的简化形式，设定零假设为两个时间样本具有相同分布：其中Λ是似然比检验的等效简化统计量，和分别表示两个时间样本的平均值；F(2n,2n)表示服从自由度为(2n,2n)的F分布,n表示时间序列SAR图像数量。优选地，比较窗口内每个空间像素的时间样本与中心参考像素的时间样本的统计相似度具体为，在尺寸为m×m的窗口中，逐个比较每个空间像素i的时间样本{y1i,y2i,…,yni}与中心参考像素{x1,x2,…,xn}的统计相似性，i＝1,2,…,m×m，在给定显著水平α条件下，当似然比检验的等效简化统计量Λ的估计结果落在拒绝域中，推翻零假设，即两个空间像素不相似，该空间像素与中心参考像素为异质像素；否则接受零假设，两个像素是同分布像素，判别公式如下：或其中和分别表示F(2n,2n)分布的上和分位点。优选地，滤波器采用Lee滤波器。专利技术所达到的有益效果：本专利技术是一种基于时序SAR图像的统计同分布空间像素选择方法，实现SAR同分布样本选择，解决传统SAR图像相干斑滤波中由于异质像素参与滤波导致的边界模糊和图像失真技术问题；在时序SAR图像的基础上，利用带有拒绝域的似然比统计检验方法将每个空间像素的空间相似邻域像素挑选出来，避免了在相干斑滤波时具有不同散射机制的地表特征的混淆；在同分布统计样本选择过程中，借鉴了F分布是两个指数分布似然比检验统计量的简化分布这一性质，给出了固定的拒绝域，使得这一检验功效达到最优，选取的同分布像素可信度更高；将选取的所有同分布集合用于Lee滤波，可以确保滤波图像的空间分辨率和细节保留，并兼顾噪声抑制最大化。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为本专利技术利用带有拒绝域的似然比检验提取的同分布像素样本集合示意图；图3为原始噪声图像及各种滤波方法结果示意图。具体实施方式下面根据附图并结合实施例对本专利技术的技术方案作进一步阐述。图1为本专利技术的流程图，基于时序SAR图像的统计同分布空间像素选择方法，具体步骤如下：1)对原始SAR图像数据序列进行预处理，采用复数取模的平方获得单视SAR强度图像序列；2)对预处理后的单视SAR强度图像序列进行配准，得到配准后的单视SAR强度图像序列；为了定性和定量分析本专利技术方法的有效性，数据采用X波段德国TerraSAR-X雷达卫星单极化数据，图像入射角度为37°，空间分辨率为3m×3m(距离向×方位向)。为了增强假设检验的估计精度，首先对原始图像进行配准，采用强度最大互相关算法，选取匹配点256×256个，匹配窗口大小为64×64。需要说明的是：本专利技术的方法不仅适用于该实验中选取的TerraSAR-X数据，对其他星载及机载数据同样适用，只是在配准时需要根据不同研究区的地表特征选取不同的匹配点数量和窗口大小。3)在配准后的单视SAR强度图像服从指数统计分布的假设下，获取似然比检验的拒绝域；对于服从指数分布的时间样本{x1,x2,…,xn}和{y1,y2,…,yn}，获取在零假设下似然比检验的简化形式，设定零假设为两个时间样本具有相同分布：其中Λ是似然比检验的等效简化统计量，和分别表示中心参考像素和待测邻域像素两个时间样本的平均值；F(2n,2n)表示服从自由度为(2n,2n)的F分布,n表示时间序列SAR图像数量。4)图2为本专利技术利用带有拒绝域的似然比检验提取的同分布像素样本集合示意图(a)为叠加在SAR图像上的15×15矩形滑动窗口；(b)窗口内选取的同分布像素样本集合。设定一个尺寸为m×m的矩形滑动窗口，m为像素数，m＝15，每个空间像素i的时间样本{y1i,y2i,…,yni}见图2(a)中的圆点，中心参考像素{x1,x2,…,xn}见图2(a)正中心的三角点，逐个比较两者的统计相似性，i＝1,2,…,m×m，在给定显著水平α＝0.05条件下，当似然比检验的等效简化统计量Λ的估计结果落在拒绝域中，推翻零假设，即两个空间像素不相似，该空间像素与中心参考像素为异质像素；否则接受零假设，两个像素是同分布像素，见图2(b)中的点，判别公式如下：或其中和分别表示F(2n,2n)分布的上和分位点。需要说明的是：滑动窗口的尺寸大小是由所选SAR图像的分辨率确定的，该参数可以根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于时序SAR图像的统计同分布空间像素选择方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对原始SAR图像数据序列进行预处理，获得单视SAR强度图像序列；2)对预处理后的单视SAR强度图像序列进行配准，得到配准后的单视SAR强度图像序列；3)在配准后的单视SAR强度图像服从指数统计分布的假设下，获取似然比检验的拒绝域；4)设定一个尺寸为m×m的矩形滑动窗口，m为像素数，m为奇数，逐个比较窗口内每个空间像素的时间样本与中心参考像素的时间样本的统计相似度，设定零假设为两个时间样本具有相同分布，若在给定显著水平α条件下似然比检验推翻零假设，则该空间像素与中心参考像素是异质像素；否则似然比检验接受零假设，即该空间像素与中心参考像素是同分布像素；5)重复步骤4)，遍历整个图像尺寸中的每个空间像素，直到获取每个空间像素的统计同分布样本；6)采用滤波器，将滤波器中原有方向窗口中的像素代替为上述每个空间像素的统计同分布样本，对原始SAR图像进行滤波，输出结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于时序SAR图像的统计同分布空间像素选择方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对原始SAR图像数据序列进行预处理，获得单视SAR强度图像序列；2)对预处理后的单视SAR强度图像序列进行配准，得到配准后的单视SAR强度图像序列；3)在配准后的单视SAR强度图像服从指数统计分布的假设下，获取似然比检验的拒绝域；4)设定一个尺寸为m×m的矩形滑动窗口，m为像素数，m为奇数，逐个比较窗口内每个空间像素的时间样本与中心参考像素的时间样本的统计相似度，设定零假设为两个时间样本具有相同分布，若在给定显著水平α条件下似然比检验推翻零假设，则该空间像素与中心参考像素是异质像素；否则似然比检验接受零假设，即该空间像素与中心参考像素是同分布像素；5)重复步骤4)，遍历整个图像尺寸中的每个空间像素，直到获取每个空间像素的统计同分布样本；6)采用滤波器，将滤波器中原有方向窗口中的像素代替为上述每个空间像素的统计同分布样本，对原始SAR图像进行滤波，输出结果。2.根据权利要求1所述的基于时序SAR图像的统计同分布空间像素选择方法，其特征在于，在步骤1)中采用复数取模的平方的方法获得单视SAR强度图像序列。3.根据权利要求1所述的基于时序SAR图像的统计同分布空间像素选择方法，其特征在于，在步骤2)中配准采用强度最大互相关算法。4.根据权利要求1所述的基于时序SAR图像的统计同分布空间像素选择方...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋弥，肖儒雅，胡睿，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32