SAR影像去噪算法及隐伏地质体识别研究

发布时间：2020-07-05 13:26

【摘要】：合成孔径雷达(SAR)作为一种主动微波遥感,能够全天时、全天候的对目标区域进行探测,形成的SAR影像能够同时具有较高的距离向分辨率和方位向分辨率,在军事、农业以及环境科学领域发挥着不可替代的作用。然而采用相干成像原理形成的SAR影像中存在大量相干斑点噪声,斑点噪声的存在使得对SAR影像内容的理解和后续解译变得异常困难,严重影响了SAR影像在各个领域中的后续应用。因此,SAR影像相干斑点噪声抑制成为SAR影像应用中必不可少的环节。由于微波波长较长,对地表覆盖物具有一定得穿透性,因此SAR影像广泛用于资源环境的探测,其中基于SAR影像的隐伏地质体探测是SAR技术在资源环境应用中的研究热点。论文对相干斑点噪声进行研究,总结现阶段各种斑点噪声抑制技术;在稀疏表示理论的基础上提出高效、边缘保持较好的过完备字典学习算法;在块匹配理论的基础上提出自适应、去噪效果更加优异的三维块匹配算法;并利用去噪后的SAR影像进行了隐伏地质体识别探究,构建了隐伏地质体识别模型,通过实验验证了SAR影像地质体识别的可行性。论文的主要研究工作和成果如下:(1)对国内外相干斑点抑制算法进行文献综述论文对国内外相干斑点抑制算法进行研究,对成像前的多视处理和成像后的滤波处理技术进行总结和梳理。根据滤波原理的不同,;论文将成像后的滤波处理归纳为空间域滤波、变换域滤波、各向异性滤波和稀疏表示四种类型,并进行详细的分析总结。该研究为去噪算法的选择和进一步深入研究提供指导和参考。(2)提出基于双重迭代优化字典学习的SAR影像滤波算法针对基于核的奇异值分解(KSVD)算法稀疏编码步骤收敛速度较慢,奇异值分解更新字典过复杂,很难应用于较大SAR影像滤波的问题,论文提出一种双重迭代优化字典学习方法(double iterative optimal dictionary learning algorithm,DIOD)。该方法利用双重迭代进行稀疏编码,加权误差项更新字典原子,从稀疏编码和字典更新两方面提高字典学习的效率和字典训练过程中字典原子选择的准确性。(3)提出基于聚类三维块匹配的SAR影像滤波算法三维块匹配(BM3D)算法能够有效抑制平稳信号中的噪声,然而针对具有随机特性的合成孔径雷达(SAR)影像斑点噪声,因三维变换阈值单一和局部邻域寻找相似块,限制了算法滤波效果。为此论文提出基于K-Means聚类的BM3D算法应用于SAR影像斑点噪声抑制。通过图像块的聚类实现全局相似块查找以及阈值自适应设置。从而使得算法对影像中不同纹理特征区域同样具有较好的滤波效果。(4)基于滤波后SAR影像的隐伏地质体识别探究对SAR影像在隐伏地质体识别中的应用进行初步探究。对隐伏地质体识别理论知识进行总结分析,构建基于SAR影像的隐伏地质体识别模型。因研究区域多为均质区域,选择文中更加适用于光滑区域的聚类三维块匹配算法对目标区域影像进行滤波处理。基于文中构建的地质体识别模型,通过将极化分解之后的SAR影像同光学影像中第四纪岩石矿物分布范围进行对比分析得出SAR影像能够进行地质体识别。通过对不同去噪算法滤波后的SAR影像进行极化分解,探索滤波算法对地质体识别的影响。另外,针对不同波段SAR影像对隐伏地质体识别的影响进行实验,以研究区域侏罗纪岩石为研究对象,通过对该区域L波段、C波段SAR影像进行分析,得出L波段影像具有更好的地质体识别边界效果。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P627
【图文】：

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图 1-1 SAR 影像相干斑点抑制算法分类图1.3 隐伏地质体信息 SAR 识别的研究现状地质学是雷达遥感应用的主要领域之一。在 20 世纪 60 年代美国在多云多雨的南美洲地区开展大规模的机载雷达地质应用试验[82]。由于雷达侧视成像具有独特穿透特性的特点使其在地学应用中具有重要的地位。Farr 等[83]通过将接收器埋藏在美国内华达沙漠的土壤中，探究土壤湿度与微波衰减系数的相关性，结果表明接收器在 SIR-B 图像上有强烈的响应。邵芸等[84]对航天飞机成像雷达进行专项的穿透性试验，结果表明介质含水量同雷达穿透能力呈现负相关，雷达波长同穿透性呈现正相关特性，而且雷达的穿透性同极化方式也有一定的相关性。Schaber[85]通过对亚利桑那州 Yuma 沙漠进行实验探究，得到了类似的研究结果。雷达图像通过极化组合可以实现影像彩色显示[86]。不同波段雷达入射波和不同极化状态的选择针对同种地物的探测具有各不相同的实验效果。因此，通过

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用规范化加权重构训练样本误差项的方式更新字典。3.基于聚类三维块匹配的SAR影像滤波算法: BM3D算法能够有效抑制平稳信号中的噪声，然而针对具有随机特性的 SAR 影像斑点噪声，因三维变换阈值单一和局部邻域寻找相似块，限制了算法滤波效果。为此论文提出基于 K-Mean聚类的 BM3D 算法应用于 SAR 影像斑点噪声抑制。首先，对图像块集合根据均值、方差及极差值构建的特征向量进行聚类，估计每一类别的噪声方差，根据类噪声方差估计自适应确定三维变换阈值；其次，在每一个图像块类内部寻找相似块，实现快速全局相似块查找。4.SAR影像在隐伏地质体识别中应用的探究: SAR的侧视成像对地表纹理信息敏感，通过对纹理信息丰富的地区探测可以形成立体感较强的影像，借助于不同波长的极化雷达图像的色调、纹理特征，综合 SAR 图像对线性构造特征，可以实现大多数的岩性单元的识别。为了提高地质体的识别效果，利用光学遥感影像和已有的地质调查成果协同 SAR 图像进行分析，判断隐伏地质体具体的位置信息，实现对隐伏地质体的地层单元进行划分。

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