本發(fā)明屬于SAR圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種對海面SAR圖像的濾波方法。

背景技術(shù)：

SAR相干斑抑制技術(shù)的研究一直是SAR成像處理與圖像分析中的一個(gè)重要課題。相干斑是SAR圖像本身固有的一種確定性的干涉現(xiàn)象，是由于地面分辨單元總是比雷達(dá)波的波長大的多，因此地面每個(gè)分辨單元可以看作由多個(gè)散射點(diǎn)組成。這些散射點(diǎn)到雷達(dá)接收機(jī)的距離不同，產(chǎn)生的回波相干疊加。由于每個(gè)散射中心的回波相位是隨機(jī)的，因此總的回波信號的幅度和相位都是隨機(jī)變化的。所以，一片本來比較均勻的地面區(qū)域，在SAR圖像中卻出現(xiàn)了灰度的劇烈變化，有的分辨單元呈亮點(diǎn)，有的分辨單元呈暗點(diǎn)。盡管相干斑是確定性的，其中還包含著所觀測地物的一定信息，但是由于受到復(fù)雜的背景環(huán)境、不同極化方式、成像過程等因素的影響，特別是分辨率的因素，使得SAR圖像中的相干斑呈現(xiàn)出較大差異，使得圖像不能有效的反映地物的散射特性，嚴(yán)重影響了圖像的質(zhì)量。

目前，國內(nèi)外SAR圖像濾波器研究還缺乏針對特定環(huán)境、目標(biāo)的濾波器設(shè)計(jì)研究，如針對海洋環(huán)境、沙漠環(huán)境、草原環(huán)境、冰雪環(huán)境、森林環(huán)境等比較單一背景下特定的濾波器設(shè)計(jì)。對于上述背景，在SAR圖像有著不同的散射特性，相同目標(biāo)在這些不同的環(huán)境背景下也將呈現(xiàn)出不同的散射特性，研究并掌握這些變化將對我們?yōu)V波器的設(shè)計(jì)有很大幫助。

海洋表面微波散射信號十分微弱，而且受SAR圖像自身相干斑噪聲影響，對海上溢油識(shí)別造成了很大的影響。目前的濾波器還沒有針對特定環(huán)境，如海面環(huán)境而設(shè)計(jì)的特殊濾波器。海面微波散射信號微弱，采用均值、中值、Lee等濾波器反而會(huì)使圖像的邊緣模糊化，對溢油識(shí)別增加難度。而目前常用的小波濾波器對海面這種一致性較好的圖像噪聲抑制效果不是很理想。所以有必要研究針對海洋背景下，目標(biāo)為溢油與疑似溢油時(shí)的特殊濾波器。由于溢油在海面上的微波散射信號微弱，導(dǎo)致溢油區(qū)域邊界模糊，因此在濾波器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)較好的保留SAR圖像邊界信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種對海面SAR圖像的濾波方法，以實(shí)現(xiàn)高精度濾波。。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明一種對海面SAR圖像的濾波方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、圖像預(yù)處理

提取海面SAR圖像，并處理成灰度圖，得到原始灰度圖像；

(2)、圖像分割

通過最大類間方差法對原始灰度圖像進(jìn)行二值分割，得到二值圖；

(3)、提取濾波區(qū)域

利用形態(tài)學(xué)濾波對二值圖分別進(jìn)行兩次膨脹和兩次腐蝕，再利用兩次膨脹后的二值圖的灰度值減去對應(yīng)坐標(biāo)下兩次腐蝕后的二值圖的灰度值，得到由濾波區(qū)域組成的二值圖，最后，將濾波區(qū)域組成的二值圖與原始灰度圖像的對應(yīng)像素點(diǎn)的灰度值進(jìn)行內(nèi)積，得到濾波區(qū)域；

(4)、對濾波區(qū)域進(jìn)行濾波

(4.1)、利用3x3模板對濾波區(qū)域進(jìn)行初次濾波；

設(shè)3x3模板的中心像素點(diǎn)m為目標(biāo)像素點(diǎn)，3x3模板表示為

如果點(diǎn)m為濾波區(qū)域的邊界像素點(diǎn)時(shí)，則點(diǎn)m的灰度值保持不變；

如果點(diǎn)m不為濾波區(qū)域的邊界像素點(diǎn)時(shí)，3x3模板中各像素點(diǎn)的灰度值滿足：

滿足條件1：則m₁＝(a1+a2)/2；

或滿足條件2：則m₂＝(b1+b2)/2；

或滿足條件3：則m₃＝(c1+c2)/2；

或滿足條件4：則m₄＝(d1+d2)/2；

或滿足條件5：則m₅＝(a1+a2)/2；

或滿足條件6：則m₆＝(b1+b2)/2；

或滿足條件7：則m₇＝(c1+c2)/2；

或滿足條件8：則m₈＝(d1+d2)/2；

其中，k和n為常數(shù)，且滿足k＜n；

最終，點(diǎn)m的灰度值為同時(shí)滿足上述條件所有m_i(i＝1,2,…,8)之和的平均值，即其中，h₁為滿足上述條件的個(gè)數(shù)；

(4.2)、利用5x5的模板對初次濾波后的濾波區(qū)域進(jìn)行第二次濾波；

設(shè)5x5模板的中心像素點(diǎn)m為目標(biāo)像素點(diǎn)，5x5模板表示為：

如果點(diǎn)m與濾波區(qū)域的邊界像素點(diǎn)的距離小于等于3個(gè)像素點(diǎn)，則點(diǎn)m的灰度值保持不變；

如果點(diǎn)m與濾波區(qū)域的邊界距離大于3個(gè)像素點(diǎn)時(shí)，則5x5模板中各像素點(diǎn)的灰度值滿足：

滿足條件1：則m₁＝a2＝(a1+a22)/2；

或滿足條件2：則m₂＝b2＝(b1+b22)/2；

或滿足條件3：則m₃＝c2＝(c1+c22)/2；

或滿足條件4：則m₄＝d2＝(d1+d22)/2；

或滿足條件5：則m₅＝a1＝(a11+a2)/2；

或滿足條件6：則m₆＝b1＝(b11+b2)/2；

或滿足條件7：則m₇＝c1＝(c11+c2)/2；

或滿足條件8：則m₈＝d1＝(d11+d2)/2；

或滿足條件9：則m₉＝a2＝(a1+a22)/2；

或滿足條件10：則m₁₀＝b2＝(b1+b22)/2；

或滿足條件11：則m₁₁＝c2＝(c1+c22)/2；

或滿足條件12：則m₁₂＝d2＝(d1+d22)/2；

或滿足條件13：則m₁₃＝a1＝(a11+a2)/2；

或滿足條件14：則m₁₄＝b1＝(b11+b2)/2；

或滿足條件15：則m₁₅＝c1＝(c11+c2)/2；

或滿足條件16：則m₁₆＝d1＝(d11+d2)/2；

其中，k和n為常數(shù)，且滿足k＜n；

最終，點(diǎn)m的灰度值為同時(shí)滿足上述條件所有m_j(j＝1,2,…,16)之和的平均值，即其中，h₂為滿足上述條件的個(gè)數(shù)。

本發(fā)明的發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明一種對海面SAR圖像的濾波方法，結(jié)合最大類間方差法和形態(tài)學(xué)濾波方法對海洋溢油的圖像進(jìn)行濾波；具體講，通過最大類間方差法得到圖像的二值圖，再對二值圖分別進(jìn)行兩次膨脹和兩次腐蝕；利用腐蝕后二值圖灰度值減去膨脹后圖像的灰度值得到包含邊界的局部區(qū)域二值圖；最后，局部區(qū)域和原圖像灰度進(jìn)行內(nèi)積，就可以把原圖像進(jìn)行簡化，只剩下包含了溢油與疑似溢油邊界的濾波區(qū)域，最后再通過濾波模板對濾波區(qū)域進(jìn)行濾波。

同時(shí)，本發(fā)明一種對海面SAR圖像的濾波方法還具有以下有益效果：

(1)、本發(fā)明根據(jù)海面的散射特性與溢油疑似溢油在海面背景下的散射特性來設(shè)計(jì)濾波器，再用設(shè)計(jì)好的3x3和5x5的濾波模板對濾波區(qū)域進(jìn)行濾波，這樣對圖像噪聲有效抑制，且簡單易行；

(2)、采用區(qū)域分割將SAR圖像分為含邊界區(qū)域和不含邊界區(qū)域，由于含邊界區(qū)面積相對較小，而且含有真實(shí)邊緣，因此提高濾波的針對性，提高了圖像濾波后的邊緣保持度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種對海面SAR圖像的濾波方法具體實(shí)施流程圖；

圖2是待處理原始圖像；

圖3是二維灰度直方圖底座區(qū)域劃分示意圖；

圖4是對圖2進(jìn)行最大類間方差法分割得到的二值圖；

圖5是對圖3進(jìn)行2次腐蝕后的圖像；

圖6是對圖3進(jìn)行2次膨脹后的圖像；

圖7是用腐蝕后圖像上每個(gè)點(diǎn)灰度值減去膨脹后圖像上對應(yīng)點(diǎn)灰度值得到的局部二值圖；

圖8是利用局部二值圖上每個(gè)點(diǎn)灰度值與原始圖像上對應(yīng)點(diǎn)灰度值進(jìn)行相乘后得到的局部分割圖；

圖9是對局部分割圖進(jìn)行濾波后的圖像。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許會(huì)淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時(shí)，這些描述在這里將被忽略。

實(shí)施例

為了方便描述，先對具體實(shí)施方式中出現(xiàn)的相關(guān)專業(yè)術(shù)語進(jìn)行說明：

SAR(Synthetic Aperture Radar)：合成孔徑雷達(dá)；

圖1是本發(fā)明一種對海面SAR圖像的濾波方法具體實(shí)施流程圖。

在本實(shí)施例中，如圖1所示，本發(fā)明一種對海面SAR圖像的濾波方法，包括以下步驟：

S1、圖像預(yù)處理

提取海面SAR圖像，并處理成灰度圖，得到原始灰度圖像；在本實(shí)施例中，通過搭載C波段傳感器的高分辨率商用雷達(dá)衛(wèi)星RADARSAT-2獲取的高分辨率SAR圖像，主要對SAR圖像進(jìn)行輻射定標(biāo)、地理編碼以及濾波，即對圖像進(jìn)行輻射校正將像元與地物散射特性相聯(lián)系起來；進(jìn)行幾何校正處理圖像的幾何畸變；進(jìn)行濾波消除想干斑點(diǎn)噪聲；得到如圖2所示的待處理原始SAR圖像。

S2、圖像分割

通過最大類間方差法對原始灰度圖像進(jìn)行二值分割，得到二值圖；

在本實(shí)施例中，采用最大類間方差法對原始灰度圖像進(jìn)行圖像分割，將SAR圖像中與后向散射系數(shù)相關(guān)的原始灰度值映射到0到255的整數(shù)范圍內(nèi)，建立二維灰度直方圖，根據(jù)閾值將底座(灰度與鄰域均值形成的二維平面)劃分為4個(gè)區(qū)域。(s，t)為二維閾值，結(jié)合海面溢油SAR圖像的特點(diǎn)，將灰度值小于s且鄰域均值小于t的像素點(diǎn)歸于目標(biāo)；灰度值大于s且鄰域均值大于t的像素點(diǎn)歸于背景；其他情形歸于噪聲。

為了適應(yīng)圖像分割算法的需求，首先需要將SAR圖像中與后向散射系數(shù)相關(guān)的原始灰度值映射到0到255的整數(shù)范圍內(nèi)，映射關(guān)系：

其中，A_ij為原圖中(i，j)處像素點(diǎn)的灰度值，B_ij為該像素點(diǎn)映射到0～255時(shí)的灰度值，A_min和A_max分別為原圖所有像素點(diǎn)中的最小、最大灰度值，round()為四舍五入取整符號。

傳統(tǒng)的灰度直方圖以灰度值為指標(biāo)對各級像素點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)記數(shù)，在此基礎(chǔ)上，增加像素點(diǎn)的n*n鄰域(n一般取值3、5、7等)內(nèi)的灰度均值作為新的一維，建立二維灰度直方圖。二維灰度直方圖底座(灰度與鄰域均值形成的二維平面)上的數(shù)據(jù)分布絕大部分集中在其對角線附近?？筛鶕?jù)閾值將底座劃分為4個(gè)區(qū)域，如圖3所示，其中，(s，t)為二維閾值，結(jié)合海面溢油SAR圖像的特點(diǎn)，將灰度值小于s且鄰域均值小于t的像素點(diǎn)歸于目標(biāo)；灰度值大于s且鄰域均值大于t的像素點(diǎn)歸于背景；其他情形歸于噪聲。這種劃分將使二維灰度直方圖上的絕大部分非0數(shù)據(jù)分布于目標(biāo)和背景兩大區(qū)域。

如果在一幅像素點(diǎn)總數(shù)為N的圖像中，灰度值為i同時(shí)3*3鄰域內(nèi)均值為j的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)為n_ij，那么這一類像素點(diǎn)出現(xiàn)的概率為：

p_ij＝n_ij/N

當(dāng)閾值為(s，t)時(shí)，目標(biāo)區(qū)域和背景區(qū)域發(fā)生的概率分別為：

其中，p_ij為整幅SAR圖像中灰度值為i同時(shí)鄰域均值為j的像素點(diǎn)所占比例，下角標(biāo)a代表目標(biāo)區(qū)域、b代表背景區(qū)域。那么兩區(qū)域?qū)?yīng)的均值分別為：

圖像的均值為：

由此可得，類間方差為：

d(s,t)＝ω_a[(μ_ai-μ_i)²+(μ_aj-μ_j)²]+ω_b[(μ_bi-μ_i)²+(μ_bj-μ_j)²]

使s和t的值分別遍歷1到254，最優(yōu)閾值(S，T)使d(S，T)在所有的d(s，t)中取得最大值，從而根據(jù)該最優(yōu)閾值對SAR圖像進(jìn)行分割，得到圖4所示的二值圖。

S3、提取濾波區(qū)域

利用形態(tài)學(xué)濾波對二值圖分別進(jìn)行兩次膨脹和兩次腐蝕，目的是將圖像進(jìn)行放大和縮小。再利用兩次膨脹后的二值圖的灰度值減去對應(yīng)坐標(biāo)下兩次腐蝕后的二值圖的灰度值，得到由濾波區(qū)域二值圖，使得需要濾波的區(qū)域面積大大減小。最后，將濾波區(qū)域二值圖與原始灰度圖像的對應(yīng)像素點(diǎn)的灰度值進(jìn)行內(nèi)積，得到濾波區(qū)域；其中，對圖4進(jìn)行2次腐蝕后得到如圖5所示的圖像；對圖4進(jìn)行2次膨脹后得到如圖6所示的圖像；對圖5上每個(gè)點(diǎn)灰度值減去圖6上對應(yīng)點(diǎn)灰度值得到圖7所示的局部二值圖；利用圖7上每個(gè)點(diǎn)灰度值與原始圖像上對應(yīng)點(diǎn)灰度值進(jìn)行相乘后得到如圖8所示的局部分割圖；

S4、對濾波區(qū)域進(jìn)行濾波

S4.1、利用3x3模板對濾波區(qū)域進(jìn)行初次濾波；

設(shè)3x3模板的中心像素點(diǎn)m為目標(biāo)像素點(diǎn)，3x3模板表示為

如果點(diǎn)m為濾波區(qū)域的邊界像素點(diǎn)時(shí)，則點(diǎn)m的灰度值保持不變；

如果點(diǎn)m不為濾波區(qū)域的邊界像素點(diǎn)時(shí)，3x3模板中各像素點(diǎn)的灰度值滿足：

滿足條件1：則m₁＝(a1+a2)/2；

或滿足條件2：則m₂＝(b1+b2)/2；

或滿足條件3：則m₃＝(c1+c2)/2；

或滿足條件4：則m₄＝(d1+d2)/2；

或滿足條件5：則m₅＝(a1+a2)/2；

或滿足條件6：則m₆＝(b1+b2)/2；

或滿足條件7：則m₇＝(c1+c2)/2；

或滿足條件8：則m₈＝(d1+d2)/2；

其中，k和n為常數(shù)，且滿足k＜n；

最終，點(diǎn)m的灰度值為同時(shí)滿足上述條件所有m_i(i＝1,2,…,8)之和的平均值，即其中，h₁為滿足上述條件的個(gè)數(shù)；

S4.2、利用5x5的模板對初次濾波后的濾波區(qū)域進(jìn)行第二次濾波；

設(shè)5x5模板的中心像素點(diǎn)m為目標(biāo)像素點(diǎn)，5x5模板表示為：

如果點(diǎn)m與濾波區(qū)域的邊界像素點(diǎn)的距離小于等于3個(gè)像素點(diǎn)，則點(diǎn)m的灰度值保持不變；

如果點(diǎn)m與濾波區(qū)域的邊界距離大于3個(gè)像素點(diǎn)時(shí)，則5x5模板中各像素點(diǎn)的灰度值滿足：

滿足條件1：則m₁＝a2＝(a1+a22)/2；

或滿足條件2：則m₂＝b2＝(b1+b22)/2；

或滿足條件3：則m₃＝c2＝(c1+c22)/2；

或滿足條件4：則m₄＝d2＝(d1+d22)/2；

或滿足條件5：則m₅＝a1＝(a11+a2)/2；

或滿足條件6：則m₆＝b1＝(b11+b2)/2；

或滿足條件7：則m₇＝c1＝(c11+c2)/2；

或滿足條件8：則m₈＝d1＝(d11+d2)/2；

或滿足條件9：則m₉＝a2＝(a1+a22)/2；

或滿足條件10：則m₁₀＝b2＝(b1+b22)/2；

或滿足條件11：則m₁₁＝c2＝(c1+c22)/2；

或滿足條件12：則m₁₂＝d2＝(d1+d22)/2；

或滿足條件13：則m₁₃＝a1＝(a11+a2)/2；

或滿足條件14：則m₁₄＝b1＝(b11+b2)/2；

或滿足條件15：則m₁₅＝c1＝(c11+c2)/2；

或滿足條件16：則m₁₆＝d1＝(d11+d2)/2；

其中，k和n為常數(shù)，且滿足k＜n；

最終，點(diǎn)m的灰度值為同時(shí)滿足上述條件所有m_j(j＝1,2,…,16)之和的平均值，即其中，h₂為滿足上述條件的個(gè)數(shù)。

通過上述處理后，得到圖9所示的濾波圖像。

盡管上面對本發(fā)明說明性的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于具體實(shí)施方式的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。