SAR圖像處理方法

前言

合成孔徑雷達(dá)（synthetie aperture radar，SAR）是一種工作在微波波段的主動式傳感器，由于其不依賴于太陽光等光照條件，且具有一定的穿透能力，因此可以全天時(shí)、全天候地獲取數(shù)據(jù)。同時(shí)，SAR的回波數(shù)據(jù)包含了豐富的信息，如地表粗糙度、土壤濕度等，與光學(xué)影像形成了良好的互補(bǔ)。20世紀(jì)90年代以來，SAR受到了世界各國的普遍青睞，并且已經(jīng)在農(nóng)業(yè)、測繪、海洋、森林、地質(zhì)、水文、土地利用、海冰調(diào)查、軍事等眾多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。隨著遙感研究和應(yīng)用的發(fā)展，很多非常新的數(shù)學(xué)理論和智能計(jì)算理論被應(yīng)用到了遙感圖像處理中，如小波和小波包、脊波、模糊數(shù)學(xué)、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)、支持向量機(jī)等。Contour’let變換是近年來發(fā)展起來的一種變換域方法，代表了小波領(lǐng)域的最新發(fā)展方向。該變換具有多分辨率、局部定位、多方向性、近鄰界采樣和各向異性等性質(zhì)，其基函數(shù)分布于多尺度、多方向上，少量系數(shù)即可有效地捕捉圖像中的邊緣輪廓，而邊緣輪廓正是自然圖像中的主要特征。隱馬爾可夫模型（hidden Markov model，HMM）是一種比較成熟的模型，將之與Contourlet結(jié)合形成的Contourlet域隱馬爾可夫模型（Contour。let-domain hidden Markov model，CHMM）已在圖像去噪、影像分割等方面取得了一定的進(jìn)展。但由于SAR圖像一般采用“乘性”噪聲模型進(jìn)行描述，與一般圖像采用的“加性”噪聲模型有很大的不同，導(dǎo)致直接應(yīng)用該模型遇到很多困難，致使這種模型目前在SAR圖像處理方面鮮有應(yīng)用。本書比較系統(tǒng)地研究了CHMM的性質(zhì)和特點(diǎn)，在SAR圖像濾波和圖像融合等方面進(jìn)行探索和嘗試，試圖拓展CHMM在SAR圖像處理和應(yīng)用領(lǐng)域的研究，希望對CHMM在更廣闊的領(lǐng)域中進(jìn)行應(yīng)用起到拋磚引玉的作用。全書共分6章，內(nèi)容安排如下：第1章簡要介紹合成孔徑雷達(dá)的歷史、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，分析雷達(dá)的特點(diǎn)、SAR圖像的基本特征以及斑點(diǎn)噪聲的統(tǒng)計(jì)模型和統(tǒng)計(jì)特性，是SAR圖像處理和應(yīng)用的基礎(chǔ)。第2章介紹馬爾可夫隨機(jī)場模型、隱馬爾可夫模型的概念、原理、應(yīng)用以及模型訓(xùn)練和參數(shù)的解算方法。第3章從介紹Contourlet變換的基本思想出發(fā)，利用直方圖等方法分析Contourlet系數(shù)之間的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，是建立隱馬爾可夫模型不可或缺的理論背景知識。

內(nèi)容概要

　　《SAR圖像處理方法：Contourlet域隱馬爾可夫模型的應(yīng)用》主要論述Contourlet域隱馬爾可夫模型的基本理論、方法和遙感應(yīng)用，系統(tǒng)地介紹了Contourlet變換、Contourlet域隱馬爾可夫模型的基本理論以及Contourlet域隱馬爾可夫模型在遙感影像，尤其是合成孔徑雷達(dá)（SAR）圖像處理方面的應(yīng)用。《SAR圖像處理方法：Contourlet域隱馬爾可夫模型的應(yīng)用》首先介紹合成孔徑雷達(dá)圖像的特點(diǎn)、Contourlet變換的定義、圖像的隨機(jī)場模型、Contourlet域隱馬爾可夫隨機(jī)場等基礎(chǔ)理論，給出了實(shí)際工程應(yīng)用中Contourlet域隱馬爾可夫模型建立和處理的方法以及快速算法。然后，介紹基于Contourlet域隱馬爾可夫模型的遙感影像處理的有關(guān)理論，提出了統(tǒng)一SAR圖像濾波框架和基于通用傳感器模型的多尺度遙感影像融合方法，可供理論研究和產(chǎn)品開發(fā)人員參考?！　　禨AR圖像處理方法：Contourlet域隱馬爾可夫模型的應(yīng)用》在注重理論研究的同時(shí)，面向工程技術(shù)應(yīng)用，通俗易懂，便于自學(xué)，適合遙感、測繪、數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理領(lǐng)域的院校、研究所以及相關(guān)機(jī)構(gòu)的教師、科研人員、研究生和工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)參考。

作者簡介

鄧?yán)?，男?976年2月生，山東煙臺人。1998年獲武漢測繪科技大學(xué)土地科學(xué)學(xué)院地圖學(xué)學(xué)士學(xué)位。2002-2007年在北京師范大學(xué)資源學(xué)院碩博連讀，獲地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)博士學(xué)位。近年來，主要從事SAR數(shù)字圖像處理、遙感技術(shù)應(yīng)用、GIS空間分析和應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)等相關(guān)工作。目前主持國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金等多項(xiàng)課題。作為主要技術(shù)負(fù)責(zé)人參加國家科技部、國家測繪局等重點(diǎn)科研項(xiàng)目近10項(xiàng)。發(fā)表論文20余篇，完成專著1部。2000-2006年曾獲省、部級科技進(jìn)步二等獎2項(xiàng)、三等獎3項(xiàng)。

書籍目錄

第1章 合成孔徑雷達(dá)簡介§1.1 SAR發(fā)展簡史§1.2 SAR圖像的特點(diǎn)§1.3 SAR圖像的相干斑第2章 圖像隨機(jī)場模型§2.1 馬爾可夫隨機(jī)場§2.2 多尺度隨機(jī)場模型§2.3 隱馬爾可夫模型第3章 Contourlet變換§3.1 基本思想§3.2 Contourlet系數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征第4章 Contourlet域隱馬爾可夫模型§4.1 Contourlet域隱馬爾可夫樹模型§4.2 基于局部上下文關(guān)系的CHMM第5章 基于CHMM的SAR圖像去噪§5.1 斑點(diǎn)噪聲濾波器研究進(jìn)展§5.2 SAR圖像統(tǒng)一濾波框架與流程§5.3 濾波算法§5.4 試驗(yàn)與結(jié)果分析第6章 基于通用傳感器模型和CHMM的多源遙感圖像融合§6.1 圖像融合概述§6.2 通用傳感器模型§6.3 基于USM與CHMM多尺度融合算法§6.4 試驗(yàn)與結(jié)果分析參考文獻(xiàn)后記

章節(jié)摘錄

插圖：1.1.3 SAR發(fā)展趨勢由于合成孔徑雷達(dá)所具備的特點(diǎn)，在某些情況下能起到其他對地觀測衛(wèi)星起不到的作用。世界各國已經(jīng)認(rèn)識到這一點(diǎn)，近十幾年來，各國投入了大量的人力和物力，使SAR技術(shù)得到迅猛發(fā)展。1.高分辨率理論上，SAR的圖像分辨率只取決于雷達(dá)方位向天線的長度和距離向信號頻帶的寬度，與搭載平臺的高度無關(guān)。實(shí)際上，SAR圖像的分辨率卻要受到發(fā)射功率的限制和搭載平臺運(yùn)動及姿態(tài)的影響。據(jù)報(bào)道，美國星載SAR的條帶式雷達(dá)圖像的分辨率可達(dá)1 m，聚束式雷達(dá)圖像的分辨率可達(dá)Q.3 m；而其機(jī)載的條帶式雷達(dá)圖像的分辨率可達(dá)0.3 m，聚束式雷達(dá)圖像的分辨率已達(dá)0.1 m。2.多波段當(dāng)采用不同的雷達(dá)工作波段時(shí)，同一目標(biāo)物在雷達(dá)圖像上反映的特征是不同的。根據(jù)不同波段的特點(diǎn)，對于不同的應(yīng)用應(yīng)選擇合適的波段。如C波段比L波段更適合于農(nóng)作物的分類識別和估產(chǎn)，而L波段比C波段更適合于洪水監(jiān)測、地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘察等（魏鐘銓，2001）。另外，對于很多應(yīng)用來說，使用單波段的雷達(dá)圖像，無法得到滿意的效果，往往需要融合不同波段的雷達(dá)圖像。因此，發(fā)展多波段的SAR是必要的。3.多極化SAR極化指的是發(fā)射和接收電磁波時(shí)電場強(qiáng)度的方向，主要有HH、HV、VH和VV4種（H表示水平極化，V表示垂直極化。如HV代表發(fā)射采用水平極化，接收采用垂直極化，依此類推）。當(dāng)采用相同波段的雷達(dá)時(shí)，如果極化方式不同，目標(biāo)對電磁波的響應(yīng)也不同。利用不同的極化，可以提高目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)和識別率。4.多工作模式SAR傳感器的工作模式有條帶式（stripmap）、掃描式（scan）、聚束式（spotlight）、干涉式（INSAR）、多波束等，每種模式有其不同的特點(diǎn)。掃描式是標(biāo)準(zhǔn)的觀測工作模式；聚束式可以獲得較高的空間分辨率；干涉式可以得到高程信息，對于獲取高精度DEM有重要的價(jià)值；多波束工作模式一般采用寬波束發(fā)射，多波束、多通道接收的方式，可以降低SAR脈沖重復(fù)頻率，獲得足夠?qū)挼臈l帶式觀測帶寬度，同時(shí)獲得較高的空間分辨率。

編輯推薦

《SAR圖像處理方法:Contourlet域隱馬爾可夫模型的應(yīng)用》：測繪科技專著出版基金資助。

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