一种基于改进Frost滤波和剪切波的高分三号SAR图像降斑方法技术

本发明专利技术属于属于图像处理技术领域，具体涉及一基于改进Frost滤波和剪切波的高分三号SAR图像降斑方法，包括以下步骤：S1：对SAR图像噪声模型转换；S2：剪切波变换；S3：使用L

A speckle reduction method based on improved frost filter and shear wave for high resolution SAR image

The invention belongs to the technical field of image processing, in particular to a speckle reduction method of high-resolution SAR image No.3 based on improved frost filtering and shear wave, which comprises the following steps: S1: noise model conversion of SAR image; S2: shear wave transformation; S3: using L

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进Frost滤波和剪切波的高分三号SAR图像降斑方法
本专利技术属于图像处理
，具体涉及一种基于改进Frost滤波和剪切波的高分三号SAR图像降斑方法。
技术介绍
高分三号是世界上成像模式最多的合成孔径雷达(SAR)卫星，具有12种成像模式。它能同时发射、接收水平波和垂直波，并且是我国首颗多极化SAR卫星。高分三号卫星的投入使用，填补了民用高分辨率合成孔径雷达卫星的空白，标志着高分专项全天时全天候对地观测能力初步形成，对服务经济社会发展、保障国家安全和民生安全具有重要意义。但是由于相干成像机理，导致高分三号SAR图像也会产生亮暗相间的斑点，严重影响图像的解译，所以能否有效地滤除图像的斑点并同时保留边缘信息显得尤为重要。高分三号卫星由于成像模式多，分辨率高导致形成的高分三号SAR图像的边缘、点、纹理等信息异常明显，传统的Frost滤波算法使用高斯加权的L2范数，而L2范数不具有良好的稀疏性，在滤除斑点的同时，不能很好的保留图像的边缘等细节信息，不适合处理高分三号SAR图像。剪切波具有最优的稀疏表示和最完备的数学理论，所以使用剪切波来处理高分三号SAR图像的降斑，如申请号为201711221301.7采用剪切波处理，其对高频系数(噪声部分存在高频系数中)采用小波硬域值处理，虽然一定程度滤除了图像斑点的作用，但其效果不是特别理想。有鉴于此，特提出此专利技术，从而解决上述问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种基于改进Frost滤波和剪切波的高分三号SAR图像降斑方法，本方法能够明显改进SAR图像产生的斑点，且能够有效保留图像边缘信息。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一种基于改进Frost滤波和剪切波的高分三号SAR图像降斑方法，包括以下步骤：S1：对SAR图像噪声模型转换对高分三号SAR图像进行对数变换，将SAR图像乘性噪声模型转换为加性噪声模型，得到转换图像；S2：剪切波变换对剪切波变换进行定义，然后在固定的尺度因子下，采用非下采样拉普拉斯金字塔方法将S1得到的转换图像分解成一个低通滤波图像和一个高通滤波图像；在伪极化格上对所述高通滤波图像进行离散傅里叶变换产生矩阵，再利用窗函数对所述矩阵进行带通滤波处理，最后将带通滤波处理后的结果做二维逆傅里叶变换，得到变换图像；S3：使用L1/2范数的Frost滤波算法处理高频系数使用L1/2范数的Frost滤波算法对S2得到的变换图像进行处理，得到降斑图像；L1/2范数的Frost滤波算法为：dij＝||(k-i,l-j)||p(2)其中，表示中心像素(k,l)的滤波输出，Pij为滑动窗内任一元灰度值，dij为滑动窗内任一像元到中心像元的距离，即P范数，CI为滑动窗内像元灰度的变异系数(即标准差与均值的比值)，其中，η＞0，η为调节因子，其值越大，对边缘的保持能力越强，反之，对斑点的抑制能力越强；然后用具有稀疏性的L1/2范数取代L2范数，获得改进之后的基于L1/2范数的Frost滤波算法，即：S4：剪切波重构将S2得到的低通滤波图像和S3得到的降斑图像进行剪切波重构；S5：对重构图像指数变换对S4剪切波重构后的图像进行指数变换，得到降斑后的图像。进一步的，所述S1的具体过程为：充分发育的斑点服从乘性模型，斑点的乘性模型如公式(4)所示：Y＝F×X(4)SAR图像进行对数变换的公式为：log(Y)＝log(F)+log(X)(5)其中，Y是观察图像，F是斑点，X是真实图像。进一步的，所述S2的具体过程为：剪切波变换是通过把几何和多尺度分析结合起来构造剪切波的形式的具有合成膨胀的仿射系统构造而成，当维数n＝2时，具有合成膨胀的仿射系统定义如下：ΨAB(ψ)＝{ψ(j，l，k)(x)＝|detA|j/2ψ(BlAjx-k)：j，l∈Z；k∈Z2}(6)其中，ψ∈L2(R2)，j是尺度参数，l是剪切参数，k是平移参数，A和B为2×2可逆矩阵，|detB|＝1，各向异性膨胀矩阵剪切矩阵(1)在固定的尺度因子下，使用非下采样拉普拉斯金字塔方法步骤S1转换图像分解成一个低通滤波图像和一个高通滤波图像分解表达式为：其中，j代表分辨率，a代表低通滤波，d代表高通滤波，和为j和k尺度上的高通滤波器和低通滤波器；(2)在伪极化格上对高通滤波图像进行离散傅里叶变换产生矩阵，其离散傅里叶变换的方程式为：式(8)中，f[n1,n2]为高通滤波图像该高通滤波图像大小为N×N，n1,n2∈[0,N-1]，是对f进行离散傅里叶变换，为离散傅里叶变换的结果；对离散傅里叶变换的结果，在离散域计算得到矩阵其中：为实数集；ε1，ε2为实数，V为窗函数，V的表达式为j是尺度参数，-代表求平均值运算；(3)再利用窗函数W对矩阵进行带通滤波处理，对j为尺度参数，窗函数W的表达式为：式(9)中，为Bump函数且表示D0上的指示函数，表示D1上的指示函数；(4)带通滤波处理后的结果做二维逆傅里叶变换，得到变换图像：二维逆傅里叶变换的表达式为：式(10)中，ψ∈L2(R2)，L为实数域，j为尺度参数，k为平移参数，j为尺度参数，l是剪切参数，d＝0,1，是对f进行离散傅里叶变换，W为窗函数；是二维逆傅里叶变换时的标准正交基函数，窗函数V的表达式为为Meyer函数与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1、本专利技术利用具有最优的稀疏剪切波来处理信息丰富、边缘明显的高分三号SAR图像，有效的利用了剪切波的良好的方向性，有效的保留了图像的边缘细节部分；同时采用基于改进L1/2范数的Frost滤波对剪切波变换后的高频系数进行处理，有效的达到了滤除斑点的效果，并且高效的保留了图像的边缘细节等信息。2、本专利技术采用基于改进L1/2范数的Frost滤波对剪切波变换后的高频系数进行处理，克服了传统的Frost滤波算法使用高斯加权的L2范数，而L2范数不具有良好的稀疏性，在滤除斑点的同时，不能很好的保留图像的边缘等细节信息，改进后的Frost滤波和剪切波配合处理SAR图像不仅能滤除图像上的明暗斑点，而且处理后的图像会很好的保留其边缘信息特征。附图说明图1是本专利技术操作步骤流程图；图2是本专利技术实施例实验使用的两幅高分三号SAR图像a和图像b；图3是从左向右依次是对图像a使用传统的Frost滤波、基于改进L1/2范数的Frost滤波，基于改进L1/2范数的Frost滤波和剪切波处理后高分三号SAR图像降斑的效果图；图4是经过图3对图像a三种处理方法处理后从左向右依次降斑结果的定性评价指标斑点图；图5是从左向右依次是对图像b使用传统的Frost滤波、基于改进L1/2范数的Frost滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改进Frost滤波和剪切波的高分三号SAR图像降斑方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：对SAR图像噪声模型转换/n对高分三号SAR图像进行对数变换，将SAR图像乘性噪声模型转换为加性噪声模型，得到转换图像；/nS2：剪切波变换/n对剪切波变换进行定义，然后在固定的尺度因子下，采用非下采样拉普拉斯金字塔方法将S1得到的转换图像分解成一个低通滤波图像和一个高通滤波图像；在伪极化格上对所述高通滤波图像进行离散傅里叶变换产生矩阵，再利用窗函数对所述矩阵进行带通滤波处理，最后将带通滤波处理后的结果做二维逆傅里叶变换，得到变换图像；/nS3：使用L

【技术特征摘要】
1.一种基于改进Frost滤波和剪切波的高分三号SAR图像降斑方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对SAR图像噪声模型转换
对高分三号SAR图像进行对数变换，将SAR图像乘性噪声模型转换为加性噪声模型，得到转换图像；
S2：剪切波变换
对剪切波变换进行定义，然后在固定的尺度因子下，采用非下采样拉普拉斯金字塔方法将S1得到的转换图像分解成一个低通滤波图像和一个高通滤波图像；在伪极化格上对所述高通滤波图像进行离散傅里叶变换产生矩阵，再利用窗函数对所述矩阵进行带通滤波处理，最后将带通滤波处理后的结果做二维逆傅里叶变换，得到变换图像；
S3：使用L1/2范数的Frost滤波算法处理高频系数
使用L1/2范数的Frost滤波算法对S2得到的变换图像进行处理，得到降斑图像；
L1/2范数的Frost滤波算法为：



dij＝||(k-i,l-j)||p(2)
其中，表示中心像素(k,l)的滤波输出，Pij为滑动窗内任一元灰度值，dij为滑动窗内任一像元到中心像元的距离，即P范数，CI为滑动窗内像元灰度的变异系数(即标准差与均值的比值)，其中，η＞0，η为调节因子，其值越大，对边缘的保持能力越强，反之，对斑点的抑制能力越强；然后用具有稀疏性的L1/2范数取代L2范数，获得改进之后的基于L1/2范数的Frost滤波算法，即：



S4：剪切波重构
将S2得到的低通滤波图像和S3得到的降斑图像进行剪切波重构；
S5：对重构图像指数变换
对S4剪切波重构后的图像进行指数变换，得到降斑后的图像。


2.如权利要求1所述的一种基于改进Frost滤波和剪切波的高分三号SAR图像降斑方法，其特征在于，所述S1的具体过程为：
充分发育的斑点服从乘性模型，斑点的乘性模型如公式(4)所示：
Y＝F×X(4)
SAR图像进行对数变换的公式为：
log(Y)＝log(F)+log(X)(5)
其中，Y是观察图像，F是斑点，X是真实图像。

【专利技术属性】
技术研发人员：孙增国，宋云静，孟旭莹，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61