本發(fā)明屬于圖像處理、旁瓣抑制等領(lǐng)域，涉及合成孔徑雷達(dá)圖像旁瓣抑制領(lǐng)域，尤其是一種SAR圖像旁瓣抑制方法。

背景技術(shù)：

合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar,SAR)圖像解譯包括目標(biāo)檢測(cè)、目標(biāo)識(shí)別等過(guò)程。解譯的正確性與圖像質(zhì)量緊密相關(guān)，為了提高圖像質(zhì)量，圖像預(yù)處理必不可少，它對(duì)后續(xù)的目標(biāo)檢測(cè)、特征提取和分類識(shí)別有著重要的影響。SAR圖像中強(qiáng)散射點(diǎn)目標(biāo)的高旁瓣會(huì)掩蓋相鄰的弱目標(biāo)，從而影響后續(xù)的目標(biāo)檢測(cè)和識(shí)別，因此旁瓣抑制是SAR圖像預(yù)處理過(guò)程中非常重要的一步。SAR圖像通常使用傅里葉變換方法進(jìn)行成像處理，這類方法簡(jiǎn)單，但是傅里葉變換具有較高的旁瓣電平和較寬的主瓣寬度，通過(guò)加權(quán)處理降低旁瓣電平會(huì)使主瓣分辨率降低。利用切趾濾波和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法可以在不損失分辨率的同時(shí)壓低旁瓣電平，但該類方法需要通過(guò)迭代求解目標(biāo)函數(shù)來(lái)抑制旁瓣，計(jì)算量較大?？臻g變跡(Spatial Variant Apodization，SVA)是一種基于余弦類頻域加權(quán)的非線性加權(quán)方法，采用若干加權(quán)函數(shù)對(duì)奈奎斯特采樣的圖像加權(quán)處理，逐點(diǎn)選取最小值作為輸出，它可以不損失分辨率而有效抑制旁瓣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有旁瓣抑制方法對(duì)SAR圖像的旁瓣抑制效果較差的不足，本發(fā)明提出一種基于小波變換空間變跡的SAR圖像旁瓣抑制方法，和傳統(tǒng)的空間變跡方法相比，本發(fā)明在基本不損失分辨率的同時(shí)，能夠進(jìn)一步有效抑制SAR圖像的旁瓣。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于小波變換空間變跡的SAR圖像旁瓣抑制方法，包括以下步驟：

步驟1，對(duì)成像后的復(fù)數(shù)圖像分別進(jìn)行實(shí)部和虛部的小波分解，如果復(fù)數(shù)圖像本身是2的整數(shù)倍采樣，則直接進(jìn)行實(shí)部和虛部的小波分解，如果復(fù)數(shù)圖像不是2的整數(shù)倍采樣，要對(duì)復(fù)數(shù)圖像進(jìn)行升采樣到2的整數(shù)倍采樣，然后進(jìn)行實(shí)部和虛部的小波分解；通過(guò)二維小波分解將實(shí)部和虛部各自分解成四個(gè)子通道，分別為實(shí)部的低頻子通道、水平高頻子通道、垂直高頻子通道和對(duì)角高頻子通道，以及虛部的低頻子通道、水平高頻子通道、垂直高頻子通道和對(duì)角高頻子通道；

步驟2，對(duì)二維小波分解后的各子通道進(jìn)行空間變跡旁瓣抑制，得到各子通道旁瓣抑制后數(shù)據(jù)；

步驟3，將旁瓣抑制后的各子通道數(shù)據(jù)通過(guò)小波重構(gòu)分別得到實(shí)部數(shù)據(jù)和虛部數(shù)據(jù)，再對(duì)實(shí)部數(shù)據(jù)和虛部數(shù)據(jù)分別進(jìn)行空間變跡旁瓣抑制，這時(shí)的空間變跡采樣倍數(shù)為原始復(fù)數(shù)圖像的采樣倍數(shù)，將實(shí)部和虛部組合成基于小波變換空間變跡旁瓣抑制后的復(fù)數(shù)圖像。

進(jìn)一步，所述步驟2中，二維小波分解后的各子通道空間變跡旁瓣抑制過(guò)程為：

采用三點(diǎn)濾波空間變跡：

G_R(n)＝w(n)g(n-R)+g(n)+w(n)g(n+R) (1)

其中，R為采樣倍數(shù)，g(n)為圖像采樣點(diǎn)的原始幅度值，G_R(n)為空間變跡后的圖像采樣點(diǎn)的幅度值，g(n-R)為當(dāng)前采樣點(diǎn)之前的第R個(gè)圖像采樣點(diǎn)的原始幅度值，g(n+R)為當(dāng)前采樣點(diǎn)之后的第R個(gè)圖像采樣點(diǎn)的原始幅度值，w(n)是權(quán)函數(shù)；在權(quán)函數(shù)約束條件0≤w(n)≤0.5下最小化|G_R(n)|²，并自適應(yīng)求解最優(yōu)權(quán)函數(shù)w(n)，得到最優(yōu)解為：

由于復(fù)數(shù)圖像本身是2的整數(shù)倍采樣，小波分解是進(jìn)行下采樣的過(guò)程，所以計(jì)算權(quán)函數(shù)w(n)時(shí)，采樣倍數(shù)R等于原始采樣倍數(shù)的一半，對(duì)w(n)加以約束，輸出數(shù)據(jù)為：

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：對(duì)復(fù)數(shù)圖像的實(shí)部數(shù)據(jù)和虛部數(shù)據(jù)分別進(jìn)行小波分解，對(duì)小波分解后的各小波子通道數(shù)據(jù)進(jìn)行SVA旁瓣抑制，然后將旁瓣抑制后的各小波子通道數(shù)據(jù)按照實(shí)部和虛部分別進(jìn)行小波重構(gòu)，對(duì)小波重構(gòu)后的實(shí)部數(shù)據(jù)和虛部數(shù)據(jù)再分別進(jìn)行SVA旁瓣抑制，組合得到最終的復(fù)數(shù)圖像。在基本不損失分辨率的同時(shí)，能夠進(jìn)一步有效抑制SAR圖像的旁瓣。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的一種基于小波變換空間變跡的SAR圖像旁瓣抑制方法流程圖。

圖2為傳統(tǒng)成像方法、SVA方法處理后和本發(fā)明方法處理后方位向切面圖，其中，(a)距離多普勒成像后方位向切面圖；(b)SVA處理后方位向切面圖；(c)本發(fā)明方法處理后方位向切面圖。

圖3為傳統(tǒng)成像方法、SVA方法處理后和本發(fā)明方法處理后距離向切面圖，其中，(a)距離多普勒成像后距離向切面圖；(b)SVA處理后距離向切面圖；(c)本發(fā)明方法處理后距離向切面圖。

圖4為傳統(tǒng)成像方法、SVA方法處理后和本發(fā)明方法處理后二維點(diǎn)目標(biāo)圖像，其中，(a)距離多普勒成像后二維點(diǎn)目標(biāo)圖像；(b)SVA處理后二維點(diǎn)目標(biāo)圖像；(c)本發(fā)明方法處理后二維點(diǎn)目標(biāo)圖像。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

參照?qǐng)D1～圖4，一種基于小波變換空間變跡的SAR圖像旁瓣抑制方法，包括3個(gè)步驟，具體為：

步驟1，復(fù)數(shù)圖像實(shí)部和虛部的小波分解

經(jīng)過(guò)距離多普勒算法成像之后得到二維的復(fù)數(shù)點(diǎn)目標(biāo)圖像，對(duì)成像后的復(fù)數(shù)圖像分別進(jìn)行實(shí)部和虛部的小波分解，如果復(fù)數(shù)圖像本身是2的整數(shù)倍采樣，則直接進(jìn)行實(shí)部和虛部的小波分解，如果復(fù)數(shù)圖像不是2的整數(shù)倍采樣，要對(duì)復(fù)數(shù)圖像進(jìn)行升采樣到2的整數(shù)倍采樣，然后進(jìn)行實(shí)部和虛部的小波分解。

將成像后的復(fù)數(shù)圖像分成實(shí)部數(shù)據(jù)和虛部數(shù)據(jù)兩部分，通過(guò)二維小波分解將實(shí)部和虛部各自分解成四個(gè)子通道，分別為實(shí)部的低頻子通道LL、水平高頻子通道HL、垂直高頻子通道LH和對(duì)角高頻子通道HH，以及虛部的低頻子通道LL、水平高頻子通道HL、垂直高頻子通道LH和對(duì)角高頻子通道HH。

步驟2，二維小波子通道的SVA旁瓣抑制

對(duì)各個(gè)二維小波子通道進(jìn)行SVA旁瓣抑制，二維小波子通道SVA旁瓣抑制過(guò)程為：采用三點(diǎn)濾波SVA。余弦權(quán)函數(shù)為：

其中，0≤w(n)≤0.5，0≤n≤N，N是奈奎斯特采樣率。

對(duì)式(4)進(jìn)行傅里葉變換，得到?jīng)_擊響應(yīng)矩陣：

i(n)＝wδ_n,-1+δ_n,0+δ_n,1 (5)

其中，

利用式(5)作為圖像域的三點(diǎn)卷積核函數(shù)，對(duì)圖像的實(shí)部和虛部分別處理。式(5)和圖像像素點(diǎn)g(n)卷積后輸出的值為：

G(n)＝w(n)g(n-1)+g(n)+w(n)g(n+1) (6)

當(dāng)信號(hào)是以整數(shù)倍奈奎斯特采樣率采樣時(shí)，采樣率為R，則(6)式改為：

G_R(n)＝w(n)g(n-R)+g(n)+w(n)g(n+R) (7)

其中，R為采樣倍數(shù)，g(n)為圖像采樣點(diǎn)的原始幅度值，G_R(n)為空間變跡后的圖像采樣點(diǎn)的幅度值，g(n-R)為當(dāng)前采樣點(diǎn)之前的第R個(gè)圖像采樣點(diǎn)的原始幅度值，g(n+R)為當(dāng)前采樣點(diǎn)之后的第R個(gè)圖像采樣點(diǎn)的原始幅度值，w(n)是權(quán)函數(shù)，本實(shí)施例中原始仿真數(shù)據(jù)方位向和距離相采樣倍數(shù)設(shè)為2。

在權(quán)函數(shù)約束條件0≤w(n)≤0.5下最小化|G_R(n)|²，并自適應(yīng)求解最優(yōu)權(quán)函數(shù)w(n)，得到最優(yōu)解為：

因?yàn)榉抡鎱?shù)設(shè)定復(fù)數(shù)圖像方位向和距離向是2的整數(shù)倍采樣，所以計(jì)算二維小波子通道SVA采樣點(diǎn)權(quán)函數(shù)w(n)時(shí)，采樣倍數(shù)R等于原始采樣倍數(shù)的一半。對(duì)w(n)加以約束，輸出數(shù)據(jù)為：

步驟3，實(shí)部和虛部分別SVA旁瓣抑制后合成復(fù)數(shù)圖像

將旁瓣抑制后的各子通道數(shù)據(jù)通過(guò)小波重構(gòu)重新得到實(shí)部數(shù)據(jù)和虛部數(shù)據(jù)，再對(duì)實(shí)部數(shù)據(jù)和虛部數(shù)據(jù)分別進(jìn)行SVA旁瓣抑制，這時(shí)的SVA采樣倍數(shù)為原始復(fù)數(shù)圖像的采樣倍數(shù)，將實(shí)部和虛部組合成基于小波變換SVA旁瓣抑制后的復(fù)數(shù)圖像。

本實(shí)施例采用二維點(diǎn)目標(biāo)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行。二維點(diǎn)目標(biāo)仿真參數(shù)設(shè)定為：發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)載頻9.6GHz，脈沖寬度2us，信號(hào)帶寬150MHz，采樣頻率300MHz，脈沖重復(fù)頻率400Hz，天線方位口徑2m，載機(jī)速度200m/s，中心斜距參考距離20Km，方位向和距離向的采樣倍數(shù)為2。

為了驗(yàn)證本發(fā)明方法的旁瓣抑制效果，將本發(fā)明方法和SVA旁瓣抑制方法分別對(duì)距離多普勒成像后的復(fù)數(shù)圖像進(jìn)行旁瓣抑制處理，并比較兩種方法的性能，比較結(jié)果見表1。從表1可以看出經(jīng)過(guò)SVA旁瓣抑制后圖像的距離向和方位向的峰值旁瓣比(PSLR)和積分旁瓣比(ISLR)性能都較原始復(fù)數(shù)圖像有顯著的提升，能夠?qū)⑴园暌种频?24dB以下；而用本發(fā)明方法(基于小波變換的SVA方法)旁瓣抑制處理后，在保持分辨率基本不變的前提下，距離向和方位向的峰值旁瓣比和積分旁瓣比性能較傳統(tǒng)SVA方法有較大的提高，能將旁瓣抑制到-33dB以下。

表1

圖2和圖3分別為點(diǎn)目標(biāo)的方位向和距離向切面圖，其中(a)為距離多普勒算法的成像結(jié)果，(b)為SVA旁瓣抑制后結(jié)果，(c)為本發(fā)明方法旁瓣抑制后結(jié)果。從圖中可以看出空間變跡法和本發(fā)明方法在保持主瓣寬度基本不變的前提下，在方位向和距離向上均能夠有效抑制旁瓣的電平，而本發(fā)明方法對(duì)旁瓣電平的抑制效果更佳。圖4為點(diǎn)目標(biāo)以及兩種方法旁瓣抑制后的圖像，(a)為距離多普勒算法成像后的圖像，(b)為SVA旁瓣抑制后圖像，(c)為本發(fā)明方法旁瓣抑制后圖像。從圖4(b)中可以看出空間變跡法對(duì)圖像的旁瓣抑制效果較明顯，但目標(biāo)點(diǎn)周圍還是有泄漏的旁瓣；從圖4(c)中可以看出本發(fā)明提出的基于小波變換的空間變跡法相對(duì)傳統(tǒng)空間變跡法，在保持圖像分辨率基本不變的同時(shí)，主瓣能量更為集中，有著更好的旁瓣抑制效果。

顯而易見，在不偏離本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍的前提下，在此描述的本發(fā)明可以有許多變化。因此，所有對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見的改變，都應(yīng)包括在本權(quán)利要求書所涵蓋的范圍之內(nèi)。本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍僅由所述的權(quán)利要求書進(jìn)行限定。