基于稀疏特征的SAR图像处理与应用研究

发布时间:2018-08-27 16:03
【摘要】:合成孔径雷达(SAR)是一种工作在微波波段的高分辨率、主动式相干成像雷达,其成像具有全天候、远距离、能适应恶劣环境等优点,在对地观测中发挥着重要的作用。随着分辨率、成像方式等技术的进步,SAR图像数据量的急剧膨胀给数据传输和存储带来极大的压力,SAR相干成像的特性带来的相干斑噪声给SAR图像的解译和应用带来困难。从SAR图像的稀疏特性来看,稀疏表示理论在SAR图像处理与应用领域具有广阔的前景。开展基于稀疏特征的SAR图像处理与应用方法研究,可以提高SAR图像处理和解译的水平,推广SAR图像在民用领域和军事领域的应用。本文从SAR图像的稀疏特征出发,基于字典学习和稀疏模型,对SAR图像压缩、SAR图像相干斑抑制、SAR图像目标分类和SAR图像与红外图像融合进行了研究。本文主要工作总结如下:第二章研究内容:在SAR图像信号盲稀疏度条件下,现有重构算法中固定阈值的选择限制了SAR图像压缩后重构精度和重构速度的提高。鉴于此,本文提出一种改进的正交匹配追踪算法。该算法通过非线性下降的阈值快速选择原子,自动调节候选集原子个数,以便每一次迭代时更加精确地估计真正的支撑集,利用正则化过程实现了支撑集的第二次筛选,实现了盲稀疏度信号的精确重构。本文将算法应用于SAR图像压缩,提出了一种基于稀疏表示的SAR图像压缩方法。实验结果表明,本文方法能在压缩SAR图像的同时抑制相干斑。第三章研究内容:提出了一种基于自蛇扩散和稀疏表示的Contourlet域SAR图像相干斑抑制方法。对SAR图像Contourlet变换分解后的低频子带采用自蛇扩散处理,并将滤波处理后的系数作为SAR图像低频子带在Contourlet域的局部均值估计;基于稀疏优化模型,利用改进的正交匹配追踪算法求解高频子带的稀疏系数,重构得到高频子带系数;对滤波后的所有子带系数进行Contourlet逆变换,实现SAR图像的相干斑抑制。实验结果表明,该方法能在抑制相干斑噪声的同时较好地保留图像的边缘信息。第四章研究内容:针对SAR图像的目标分类,本文提出了三种方法。(1)基于多子分类器的Ad Boost分类方法。该方法首先提取训练样本的2D-LDA特征和G2DPCA特征,采用SVM方法分别训练弱分类器,采用Ada Boost.M2算法将弱分类器提升为强分类器完成SAR图像的目标分类。实验结果表明,该方法在识别率和识别时间上优于采用单一子分类器的Ada Boost算法。(2)基于EMACH和稀疏表示的分类方法。该方法针对SAR图像训练样本,采用EMACH算法训练模板,提取模板的G2DPCA特征构造过完备字典,利用改进的正交匹配追踪算法求解测试样本的G2DPCA特征在过完备字典下的稀疏系数,根据系数的能量特征判断SAR图像目标的类别。实验结果表明,该方法在分类速度方面明显优于同类别的其他分类方法。(3)提出了一种基于级联字典和稀疏表示的分类方法。该方法利用SAR图像训练样本库,按类别生成多个字典,构成级联结构,测试样本经过级联字典,按需依次求解稀疏系数,利用重构误差和投票机制完成SAR图像的目标分类。实验结果表明,该方法明显提高了SAR图像的目标分类速度。第五章研究内容:针对SAR图像与红外图像融合,本文提出了两种融合方法。(1)基于自适应权值的曲波域SAR图像与红外图像融合方法。该方法引入模糊理论的分析思想,对源图像Curvelet变换后的不同频率子带系数采用不同的权值进行处理,通过自适应加权策略实现SAR图像与红外图像融合。实验结果表明,该方法真实可靠,能够有效提高融合质量。(2)基于稀疏表示的NSCT域SAR图像与红外图像融合方法。该方法首先将源图像进行NSCT分解,形成不同频带的系数;采用区域能量融合方法融合低频子带;构造过完备字典,求解不同高频子带在字典下的稀疏系数,采用能量最大原则选取稀疏系数并重构高频子带;通过NSCT逆变换将不同频带系数融合,实现SAR图像与红外图像融合。实验结果表明,本文融合方法在视觉效果和客观指标评价方面,都行之有效。
[Abstract]:Synthetic Aperture Radar (SAR) is a high-resolution, active coherent imaging radar operating in microwave band. Its imaging has the advantages of all-weather, long-distance, and can adapt to harsh environment. It plays an important role in earth observation. With the development of resolution, imaging methods and other technologies, the rapid expansion of SAR image data to data transmission. Sparse representation theory has broad prospects in the field of SAR image processing and application from the point of view of sparse characteristics of SAR images. In order to improve the level of SAR image processing and interpretation and popularize the application of SAR image in civil and military fields, this paper studies SAR image compression, speckle suppression, target classification and fusion of SAR image and infrared image based on the sparse features of SAR image, dictionary learning and sparse model. The work is summarized as follows: In the second chapter, under the condition of blind sparsity of SAR image signal, the selection of fixed threshold limits the improvement of reconstruction precision and reconstruction speed after SAR image compression. Selecting atoms and automatically adjusting the number of atoms in the candidate set are used to estimate the true support set more accurately in each iteration. The second selection of the support set is realized by the regularization process, and the blind sparseness signal is reconstructed accurately. Experimental results show that the proposed method can suppress speckles while compressing SAR images. Chapter 3: A speckle suppression method for SAR images in Contourlet domain based on Self-Snake diffusion and sparse representation is proposed. Based on the sparse optimization model, the sparse coefficients of the high-frequency subband are solved by the improved orthogonal matching pursuit algorithm, and the high-frequency subband coefficients are reconstructed. All the filtered subband coefficients are inversely transformed by the Contourlet transform to achieve speckle suppression. The experimental results show that this method can suppress speckle noise and preserve image edge information. Chapter 4: Aiming at target classification of SAR images, three methods are proposed. (1) Ad Boost classification method based on multi-sub-classifier. The weak classifier is trained by SVM method, and the weak classifier is upgraded to strong classifier by Ada Boost. M2 algorithm. The experimental results show that this method is superior to Ada Boost algorithm with single Subclassifier in recognition rate and recognition time. (2) Classification method based on EMACH and sparse representation. The training samples are trained by EMACH algorithm, and the G2DPCA features of the template are extracted to construct an over-complete dictionary. The sparse coefficients of G2DPCA features in the over-complete dictionary of the test samples are solved by the improved orthogonal matching pursuit algorithm, and the classification of SAR image targets is judged according to the energy features of the coefficients. (3) A classification method based on cascaded dictionary and sparse representation is proposed, which uses the SAR image training sample library to generate multiple dictionaries according to the category, and forms a cascaded structure. The test samples are cascaded dictionaries, and the sparse coefficients are solved in turn according to the need. The reconstruction error and the input are used. The experimental results show that the proposed method improves the classification speed of SAR image. Chapter 5: Aiming at the fusion of SAR image and infrared image, two fusion methods are proposed. (1) Curvilinear SAR image and infrared image fusion method based on adaptive weights. According to the analysis idea of fuzzy theory, different weights are used to process the sub-band coefficients of different frequencies of the source image after Curvelet transform, and the fusion of SAR image and infrared image is realized by adaptive weighting strategy. The experimental results show that this method is reliable and can effectively improve the fusion quality. (2) SAR image and red image in NSCT domain based on sparse representation First, the source image is decomposed by NSCT to form the coefficients of different frequency bands; then the low-frequency sub-bands are fused by regional energy fusion method; then the sparse coefficients of different high-frequency sub-bands are solved by constructing an over-complete dictionary; then the sparse coefficients are selected and the high-frequency sub-bands are reconstructed by using the principle of maximum energy; and the inversion of NSCT is performed. Different band coefficients are fused to realize the fusion of SAR image and infrared image. The experimental results show that the fusion method is effective in visual effect and objective evaluation.
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TN957.52

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘焱彬;平民级图像处理软件──Photolmpact 5.0[J];电脑知识与技术;2000年03期

2 ;图像处理中心简介[J];宇航学报;2001年04期

3 陈伯涛;办公室里新来的图像处理专家[J];电子与电脑;2001年03期

4 严肃;图像处理超出狭义的范围[J];中南民族学院学报(自然科学版);2001年02期

5 ;数据图像处理三大技术[J];计算机时代;2004年12期

6 魏麒,何勇;图像处理中的一个两阶段半杂交流水作业问题(英文)[J];Applied Mathematics:A Journal of Chinese Universities;2005年04期

7 阿飞;图像处理软件的色彩车间——“通道”[J];电脑爱好者;2005年03期

8 潘路;赵文娟;;图像处理课程教学探讨[J];中国西部科技;2006年22期

9 苏晓;;基于GDI+的自建图像处理库[J];当代经理人;2006年09期

10 汪新星;吴秀玲;刘卫平;孙俊英;;高分辨电子显微像图像处理技术的应用[J];材料导报;2007年06期

相关会议论文 前10条

1 苑廷刚;李爱东;李汀;艾康伟;严波涛;;图像处理技术在田径科研中的应用初探[A];第七届全国体育科学大会论文摘要汇编(二)[C];2004年

2 黄海永;朱浩;王朔中;;图像处理软件中宏结构的实现和扩展[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(上册)[C];1999年

3 杨文杰;刘浩学;;基于马尔可夫场理论的图像处理新方法评述[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(上册)[C];1999年

4 王晋疆;刘文耀;肖松山;陈晓东;孙正;;光电图像处理课程中教学环节的设计[A];光电技术与系统文选——中国光学学会光电技术专业委员会成立二十周年暨第十一届全国光电技术与系统学术会议论文集[C];2005年

5 王鹏;;图像处理技术与实验数据处理[A];全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集(上)[C];2003年

6 王晓剑;曹婉;王莎莎;;一种基于高速DSP的图像处理应用平台[A];2008中国仪器仪表与测控技术进展大会论文集(Ⅲ)[C];2008年

7 张炜;蒋大林;郎芬玲;曹广鑫;王秀芬;;图像处理技术应用于选矿领域的综述[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅱ[C];2011年

8 刘春桐;赵兵;张志利;仲启媛;;基于图像处理的自动瞄准系统精度研究[A];全国自动化新技术学术交流会会议论文集(一)[C];2005年

9 李向荣;;美式落袋球自动摆球系统的图像处理研究[A];2008中国仪器仪表与测控技术进展大会论文集(Ⅲ)[C];2008年

10 周荣官;周醒驭;;地质雷达图像处理在崩塌隐患探测中的应用及分析[A];第六届全国信号和智能信息处理与应用学术会议论文集[C];2012年

相关重要报纸文章 前10条

1 新疆大学纺织与服装学院 袁春燕;图像处理技术让数据更真实[N];中国纺织报;2013年

2 杨朝晖;我邻域图像处理达到每秒1350亿次超高速[N];科技日报;2008年

3 吴启海;图像处理时8位/通道或16位/通道模式的选择探讨[N];中国摄影报;2012年

4 殷幼芳;印前图像处理技术对印刷质量的影响[N];中国包装报;2005年

5 徐和德;图像处理要适度[N];中国摄影报;2006年

6 记者 申明;中星微发布场景高保真图像处理技术[N];科技日报;2010年

7 杨玉军;邮编图像处理技术通过验收[N];中国邮政报;2000年

8 董长生 吴志军;用图像处理软件推动刑侦信息技术工作[N];人民公安报;2003年

9 殷幼芳;艺术化的图像处理技术[N];中国包装报;2006年

10 ;富士图像处理方案走进手机[N];计算机世界;2002年

相关博士学位论文 前10条

1 罗军;图像处理快速算法研究与硬件化[D];武汉大学;2014年

2 孙传猛;煤岩图像处理及细观损伤本构模型研究[D];重庆大学;2015年

3 嵇晓平;基于各向异性扩散方程图像处理问题的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

4 黎海生;量子图像处理关键技术研究[D];电子科技大学;2014年

5 吴玉莲;非局部信息和TGV正则在图像处理中的应用研究[D];西安电子科技大学;2015年

6 张还;聚合物复合材料微观图像处理与分析[D];南京农业大学;2014年

7 刘宇飞;基于模型修正与图像处理的多尺度结构损伤识别[D];清华大学;2015年

8 樊瑶;基于图像处理的路面裂缝检测关键技术研究[D];长安大学;2016年

9 陆飞;基于浮点坐标系的图像处理方法及应用研究[D];浙江工业大学;2016年

10 职占江;图像处理的变分模型若干问题研究[D];大连理工大学;2016年

相关硕士学位论文 前10条

1 董国龄;基于图像处理技术的水表自动检定及管理系统的设计[D];天津理工大学;2015年

2 李永晨;基于DSP的多路图像处理硬件系统研究[D];天津理工大学;2015年

3 杜高峰;基于opencv图像处理的列车受电弓动态特性监测方法研究[D];西南交通大学;2015年

4 王世豪;基于小波及压缩感知的图像处理方法及应用研究[D];燕山大学;2015年

5 牛蕾;基于非线性动力系统的图像处理[D];东北林业大学;2015年

6 宋君毅;基于图像处理的鱼群监测技术研究[D];天津理工大学;2015年

7 古伟楷;基于异构计算技术的视频与图像处理研究[D];华南理工大学;2015年

8 康睿;基于图像处理的砂土颗粒细观特性分析[D];宁夏大学;2015年

9 赵杰;柴油喷雾粒子图像处理及软件的设计[D];长安大学;2015年

10 石璐;基于图像处理的矿质混合料级配检测算法研究[D];长安大学;2015年



本文编号:2207761

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/2207761.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户a4e16***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com