Sar圖像序列特征提取方法
【專利摘要】一種圓跡SAR圖像序列特征提取方法，包括：聯(lián)合應(yīng)用似然比和恒虛警檢測實(shí)現(xiàn)對圓跡SAR初始圖像的方位向多散射中心的檢測、消除和非相干累加，得到新的圓跡SAR圖像序列，并獲得所述新的圓跡SAR圖像的似然比曲線Λ(i)和子孔徑消除曲線Ap(i)；通過對所述似然比曲線進(jìn)行前向差分、編碼和轉(zhuǎn)碼，并對編碼后的特征進(jìn)行合并類別數(shù)，得到多視向似然比特征；以及通過對子孔徑消除曲線進(jìn)行前向差分、編碼和轉(zhuǎn)碼，并對編碼后的特征進(jìn)行合并類別數(shù)，得到多視向子孔徑消除特征。
【專利說明】
SAR圖像序列特征提取方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及雷達(dá)圖像處理領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種圓跡合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar，SAR)圖像序列的特征提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在圓跡SAR成像過程中，通常對各子孔徑進(jìn)行全相干累加全孔徑圖像。若目 標(biāo)對所有孔徑都滿足方位向同散射中屯、假設(shè)，全相干累加可W獲得分辨率和信噪比最優(yōu)的 圖像。然而，由于實(shí)際地物的散射特征僅在有限的方位角內(nèi)保持穩(wěn)定，方位向多散射中屯、的 存在使得圓跡SAR出現(xiàn)新的特征。傳統(tǒng)圓跡SAR圖像應(yīng)用并沒有有效利用方位向多散射中屯、 的特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種圓跡SAR圖像序列特征提取方法，包括：
[0004] 步驟S1，聯(lián)合應(yīng)用似然比和恒虛警檢測實(shí)現(xiàn)對圓跡SAR初始圖像的方位向多散射 中屯、的檢測、消除和非相干累加，得到新的圓跡SAR圖像序列，并獲得所述新的圓跡SAR圖像 的似然比曲線和子孔徑消除曲線；
[0005] 步驟S2,通過對所述似然比曲線進(jìn)行前向差分、編碼和轉(zhuǎn)碼，并對編碼后的特征進(jìn) 行合并類別數(shù)，得到多視向似然比特征；W及
[0006] 步驟S3,通過對子孔徑消除曲線進(jìn)行前向差分、編碼和轉(zhuǎn)碼，并對編碼后的特征進(jìn) 行合并類別數(shù)，得到多視向子孔徑消除特征。
[0007] 針對傳統(tǒng)圖像合成方法未完全利用由圓跡SAR成像中各子孔徑視向不同而產(chǎn)生的 豐富的和視向相關(guān)的信息，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，利用通過似然比檢測、恒虛警檢測獲得 的圓跡SAR圖像序列進(jìn)行圓跡SAR圖像的多視向特征提取。通過重組原始的子孔徑圖像序列 獲得一種物理意義明確且和觀測對象所處方位無關(guān)的數(shù)據(jù)，從序列圖像中提取出隨散射中 屯、變化的多視向特征，應(yīng)用差異性似然比和恒虛警檢測中生成的隨視向變化的差異性似然 比曲線和子孔徑消除曲線，分別對差異性似然比曲線和子孔徑消除曲線進(jìn)行前向差分、編 碼和轉(zhuǎn)碼，并合并類別數(shù)，獲得多視向似然比特征和多視向子孔徑消除特征。
【附圖說明】
[000引圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的SAR圖像序列特征提取方法的流程圖；
[0009] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的提取SAR圖像序列的差異性似然比特征的流程圖；
[0010] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的提取圓跡SAR圖像序列的子孔徑消除特征的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[001^ 圖巧出了根據(jù)本發(fā)明的圓跡SA姻像序列特征提取方法的流程圖。如圖1所示，所 述方法可W包括：
[0013] 步驟S1，聯(lián)合應(yīng)用似然比和恒虛警檢測實(shí)現(xiàn)對圓跡SAR初始圖像序列的方位向多 散射中屯、的檢測、消除和非相干累加，得到新的圓跡SAR圖像序列，并獲得新的圓跡SA姻像 的似然比曲線和子孔徑消除曲線；
[0014] 步驟S2,通過對似然比曲線進(jìn)行前向差分、編碼和轉(zhuǎn)十進(jìn)制碼，并對編碼后的特征 進(jìn)行合并類別數(shù)，得到多視向似然比特征；W及
[0015] 步驟S3,通過對子孔徑消除曲線進(jìn)行前向差分、編碼和轉(zhuǎn)十進(jìn)制碼，并對編碼后的 特征進(jìn)行合并類別數(shù)，得到多視向子孔徑消除特征。
[0016] 接下來將參考圖2和圖3來詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的圓跡SAR圖像序列特征提取方 法。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的提取SAR圖像序列的差異性似然比特征的流程圖，圖3示出了根 據(jù)本發(fā)明的提取圓跡SAR圖像序列的子孔徑消除特征的流程圖。
[0017] 首先，本領(lǐng)域技術(shù)人員可W理解，可W根據(jù)本領(lǐng)域公知的各種方法聯(lián)合應(yīng)用似然 比和恒虛警檢測實(shí)現(xiàn)對圓跡SAR初始圖像序列的方位向多散射中屯、的檢測、消除和非相干 累加，得到新的圓跡SAR圖像序列，并獲得新的圓跡SAR圖像序列中每個像素點(diǎn)隨序列號變 化的似然比大小和子孔徑序號，構(gòu)成似然比曲線和子孔徑消除曲線。例如可W，參見化rro- Famil L,Reigber A,Pettier E，et al..Scene characterization using subaperture polarimetric SAR data[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing， 2003,41(10):2264-2276。
[001引如圖2所示，步驟S2具體可W包括：
[0019] 在步驟S21，對似然比曲線進(jìn)行前向差分。
[0020] 同一類散射目標(biāo)的似然比曲線絕對值差異較大，運(yùn)是由于似然比計算過程中主要 依賴散射強(qiáng)度信息。散射強(qiáng)度容易受到多種因素的影響，例如天線的散射方向圖、地形坡度 W及目標(biāo)本身的介電常數(shù)和幾何結(jié)構(gòu)。由此可見，似然比曲線處理應(yīng)W曲線特征提取及歸 一化為主，似然比曲線的變化趨勢(上升、降低或不變)可W反映目標(biāo)的方位向散射結(jié)構(gòu)。因 此需結(jié)合似然比曲線的前向差分運(yùn)算及狀態(tài)編碼來提取曲線特征并歸一化。若A (i)代表 似然比曲線，其前向差分值可W被定義為：
[0021] Δ log Λ (i) = l〇gA (i+l)-logA (i)
[0022] 其中為圖像序列長度。
[0023] 在步驟S22,對似然比曲線的前向差分值進(jìn)行編碼。由于同一類型地物的前向差分 值在實(shí)際數(shù)據(jù)中的差異較大(和似然比相同，受到多種因素的共同作用），但變化趨勢表現(xiàn) 出很強(qiáng)的模式性，且在模型分析中具有明確的含義。因此，將似然比曲線特征簡化為變化趨 勢的Ξ種狀態(tài):上升、降低或不變。為進(jìn)一步應(yīng)用于分類，可W將Ξ種狀態(tài)表達(dá)為Ξ進(jìn)制數(shù) Num，一組編碼ki，? = 1，2,3···Ν-1，按照Num = kik2…組成Ξ進(jìn)制數(shù)，編碼的位數(shù)可W根據(jù)應(yīng) 用需求來確定。其中，若Δ logA (i)=〇,則編碼ki = 0;若Δ logA (i)>〇,則ki = l;若Δ log 八（i)<〇,則ki = 2。
[0024] 編碼的重要性及可信度從左至右依次降低的。因此，若在后期應(yīng)用時發(fā)現(xiàn)過度分 割的現(xiàn)象或希望減少類別數(shù)，可W在編碼階段調(diào)整尾數(shù)的位數(shù)，W此來舍棄不重要或可信 度差的編碼。該編碼是不同類型的散射目標(biāo)和其自身似然比曲線變化趨勢唯一匹配的"身 份"信息，如同提取了每個散射目標(biāo)的指紋信息。
[0025] 然后，在步驟S23，對Num進(jìn)行十進(jìn)制轉(zhuǎn)碼。
[0026] 在得到指紋信息后，將多位Num進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為一個十進(jìn)制數(shù)字Numd。^進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn) 制從編碼右側(cè)開始，令似然比差異較小的類型所對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)值比較接近。變化次數(shù)多 的和變化次數(shù)少的類型所對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)值相差較大。相同變化次數(shù)但在不同迭代周期中 發(fā)生的也有差別。
[0027] 然后，在步驟S24,基于十進(jìn)制編碼Numd的直方圖合并類別數(shù)目，從而獲得多視向 似然比特征。合并類別數(shù)目方法需根據(jù)應(yīng)用需求決定。通過調(diào)整預(yù)設(shè)的直方圖分辨間隔A L，可W調(diào)節(jié)特征合并類別過程中的敏感度。如果需要得到細(xì)小的特征差別，則令直方圖間 隔A L變小，敏感度調(diào)高。如果特征的類別合并結(jié)果有過度分類現(xiàn)象，則增大Δ LW降低敏感 度。計算Numd和第1個類別之間的距離1^6111，1 = 1，2-^，？是類別的數(shù)量。對距離進(jìn)行排序得 至Ij最短距離Lenmin = Lerix，則Numd被歸類到第X個類別中。
[002引如圖3所示，步驟S3可W具體包括：
[0029] 在步驟S31，對子孔徑消除曲線進(jìn)行前向差分。
[0030] 除似然比外，新的圓跡SAR圖像序列還產(chǎn)生了消除子孔徑標(biāo)號序列。被消除的子孔 徑標(biāo)號代表了該散射中屯、的后向散射方向圖主要覆蓋方向。由于試驗(yàn)中的消除子孔徑標(biāo)號 在[0,9]之間，因此圖中把方位向同散射中屯、的孔徑差異統(tǒng)一設(shè)置為10。曲線的特征不是非 常明顯，很難從中直接分辨不同地物類型。
[0031] 基于前文對似然比曲線的分析，可W采用類似的思路來處理子孔徑消除標(biāo)號曲 線。若假設(shè)子孔徑的數(shù)量R是偶數(shù)，Ap(i)代表子孔徑消除曲線，其前向差分值可W被定義 為：
[0032]
[0033] 上式在計算相鄰迭代之間的孔徑個數(shù)差別ΔΑρ(υ時，需要考慮觀測角度差是周 期的?？讖綐?biāo)號差的周期是方位角η所對應(yīng)的子孔徑數(shù)量R/2,超過周期的需要通過|R-Ap(i + 1)+Ap(i)|補(bǔ)償回來，并且不區(qū)分正負(fù)值，只保留相對量。此外，當(dāng)出現(xiàn)只有1次消除變化的 情況時，將A Ap (i)賦值為R/化1。
[0034] 然后，在步驟S32,對子孔徑消除曲線的前向差分值進(jìn)行編碼。
[0035] 和似然比曲線變化不同的是，子孔徑消除標(biāo)號曲線包含0.5 · R+2個狀態(tài)，即需要 多進(jìn)制編碼，例如0.5 · R+2進(jìn)制編碼。編碼過程和似然比的前向差分值的編碼過程類似。
[0036] 然后，在步驟S33,對編碼后的多位數(shù)進(jìn)行十進(jìn)制轉(zhuǎn)碼得到十進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)碼過程和 步驟S23類似。
[0037] 然后，在步驟S34,基于十進(jìn)制數(shù)的直方圖進(jìn)行合并類別數(shù)目，獲得多視向子孔徑 消除特征。合并類別數(shù)的過程和步驟S24類似。
[0038] W上所述，僅為本發(fā)明中的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所掲露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種圓跡合成孔徑雷達(dá)SAR圖像序列特征提取方法，包括： 步驟S1，聯(lián)合應(yīng)用似然比和恒虛警檢測實(shí)現(xiàn)對圓跡SAR初始圖像的方位向多散射中心 的檢測、消除和非相干累加，得到新的圓跡SAR圖像序列，并獲得所述新的圓跡SAR圖像的似 然比曲線Λ (i)和子孔徑消除曲線Ap(i); 步驟S2,通過對所述似然比曲線進(jìn)行前向差分、編碼和轉(zhuǎn)碼，并對編碼后的特征進(jìn)行合 并類別數(shù)，得到多視向似然比特征；以及 步驟S3,通過對子孔徑消除曲線進(jìn)行前向差分、編碼和轉(zhuǎn)碼，并對編碼后的特征進(jìn)行合 并類別數(shù)，得到多視向子孔徑消除特征。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述步驟S2中對所述似然比曲線進(jìn)行前向差分包 括 Δ log Λ (i) = l〇gA (i+l)-logA (i) 其中l(wèi)<i<N，N為圖像序列長度，Δ l〇gA⑴表示似然比曲線前向差分值。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述步驟S2中對所述似然比曲線進(jìn)行編碼包括將 所述似然比曲線前向差分值編碼為三進(jìn)制數(shù)Νιιπι = 1α1?···，ki，i = 1，2，3···Ν-1，其中 若 Δ l〇gA (i)=〇,則編碼ki = 0; 若 Δ l〇gA (i)>〇,則ki = l; 若 Δ l〇gA (i)<〇,則ki = 2。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述步驟S2中對所述似然比曲線進(jìn)行編碼還包 括:對Num進(jìn)行十進(jìn)制轉(zhuǎn)碼得到十進(jìn)制數(shù)Numd，并基于十進(jìn)制數(shù)Numd的直方圖合并類別數(shù)目， 從而獲得多視向似然比特征。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述步驟S3中對所述子孔徑消除曲線Ap(i)進(jìn)行 前向差分包括： 在子孔徑的數(shù)量R是偶數(shù)的情況下，將Ap(i)的前向差分值A(chǔ)Ap(i)定義為： -/1/?(/ + 1) + /1/'(/)||卻(7 + 1)-_<4/'(/)|>八'/26. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述步驟S3包括將子孔徑消除曲線的前向差分值 AAp(i)編碼為多進(jìn)制數(shù)據(jù)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括對所述多進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行十進(jìn)制轉(zhuǎn)碼得到十進(jìn)制 數(shù)，并基于十進(jìn)制數(shù)的直方圖進(jìn)行合并類別數(shù)目，獲得多視向子孔徑消除特征。8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其中，所述多進(jìn)制數(shù)據(jù)是0.5 · R+2進(jìn)制數(shù)據(jù)。
【文檔編號】G06K9/48GK106067027SQ201610389835
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年6月3日 公開號201610389835.X, CN 106067027 A, CN 106067027A, CN 201610389835, CN-A-106067027, CN106067027 A, CN106067027A, CN201610389835, CN201610389835.X
【發(fā)明人】洪文, 李洋, 薛斐騰, 郭小洋, 王建峰, 郭勝龍
【申請人】中國科學(xué)院電子學(xué)研究所