Structural adaptive and optimal speckle filtering in multilook full polarimetric SAR images

A novel approach is proposed for speckle reduction in multilook full polarimetric SAR images. In contrast to others, this approach adopts an enhanced structure detection method to estimate the parameters of the polarimetric covariance matrix for the multilook polarimetric whitening filtering (MPWF) algorithm and thus a structural adaptive and optimal speckle filter is developed. To evaluate the present approach, NASA SIR-C/X-SAR, L band, four-look processed polarimetric SAR data of the Tian-Mountain Forest is used for simulation. Experimental results demonstrate the effectiveness of this novel filtering algorithm in case of both speckle reduction and preservation of texture information. Comparisons with other methods are also made.     

面向SAR图像目标识别的鲁棒处理算法

现有合成孔径雷达图像的目标识别方法通常要进行预处理,预处理对于识别率影响较大。但是,针对不同的合成孔径雷达目标图像,预处理算法的自适应性很难得到保证。将基于核的主成分分析与稀疏表示相结合,只需很少的观测数据就能得到高识别率的目标识别结果,节省了数据存储量和计算量。首先,阐述了压缩感知的基本理论;其次,提出了基于核主成分分析和稀疏表示的合成孔径雷达图像目标识别算法;最后,选取MSTAR数据库中的5类目标进行实验。仿真结果表明,在没有方位角预测的情况下,该算法仍能有效地识别目标,与其他识别算法相比,在同等噪声污染的图像下,具有较高的识别率。     

基于C均值分类的极化SAR图像白化斑点滤波方法

极化合成孔径雷达SAR图像相干斑抑制基本原理是依据各通道间的极化信息差异。提出在各极化通道上分别进行非监督C均值分类,在标号图像中对各区域的水平通道平均散射强度、交叉极化通道与同通道强度比以及同极化通道间的相关系数等参数进行估计,将估计值应用到极化白化滤波器(PWF)中,从而得到改进的PWF滤波输出。经真实极化SAR图像检验,表明该方法能够提高传统PWF滤波器在均匀区域对相干斑的抑制能力。     

Application of wavelet support vector regression on SAR data de-noising

A new filtering method for SAR data de-noising using wavelet support vector regression (WSVR) is developed.On the basis of the grey scale distribution character of SAR imagery,the logarithmic SAR image as a noise polluted signal is taken and the noise model assumption in logarithmic domain with Gaussian noise and impact noise is proposed.Based on the better performance of support vector regression (SVR) for complex signal approximation and the wavelet for signal detail expression,the wavelet kernel function is chosen as support vector kernel function.Then the logarithmic SAR image is regressed with WSVR.Furthermore the regression distance is used as a judgment index of the noise type.According to the judgment of noise type every pixel can be adaptively de-noised with different filters.Through an approximation experiment for a one-dimensional complex signal,the feasibility of SAR data regression based on WSVR is confirmed.Afterward the SAR image is treated as a two-dimensional continuous signal and filtered by an SVR with wavelet kernel function.The results show that the method proposed here reduces the radar speckle noise effectively while maintaining edge features and details well.     

基于超分辨极化SAR图像的舰船检测算法

极化合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)图像超分辨处理具有聚集目标能量,提高图像分辨率,抑制相干斑噪声的能力。扩展了多通道幅度和相位估计(amplitude and phase estimation, APES)谱估计算法,并以此实现了极化SAR图像的超分辨处理。运用基于K分布的单极化检测器和基于SPAN、PWF的全极化检测器对实测SAR图像进行了舰船检测。通过分析超分辨极化SAR图像杂波统计分布、弱小目标检测性能、目标区域区分精度、目标轮廓及拓扑结构提取效果等,验证了基于多通道APES谱估计的超分辨极化SAR图像的舰船检测性能。     

四叉树分类的网格编码量化在SAR图像中的应用

综合了小波去相干斑噪声、四叉树分类、网格编码量化技术,提出了一种在小波域内对带噪SAR图像作网格编码量化的新方法。首先对小波域的SAR图像实施软阈值去噪声,然后根据小波图像中各子带系数的带间相关性对其进行四叉树分类,再对分类后的重要类小波系数应用网格编码量化形成有序的嵌入式比特流。该方法不仅利用了信号间的时间相关性,而且也较好地利用了信号变换域的相关性。并且在对SAR图像压缩的同时去除了噪声,取得了很好的效果。     

Cauchy pdf modelling and its application to SAR image despeckling

Synthetic aperture radar （SAR） imagery is a kind of coherent system that produces a random pattern, named speckle, which degrades the merit of SAR images and affects their further application seriously. Therefore, how to restore SAR image from the speckle has become a necessary step in post-processing of image. A new despeckling method is putforth on the basis of wavelet. First, a new approach on the basis of ＂second kind statistics＂ is used to estimate the dispersion parameter of the Cauchy distribution. Then, this Cauchy prior is applied to model the distribution of the wavelet coefficients for the log-transformed reflectance of SAR image. Based on the above ideas, a new homomorphic wavelet-based maximum a posterior （MAP） despeckling method is proposed. Finally, the simulated speckled image and the real SAR image are used to verify our proposed method and the results show that it outperforms the other methods in terms of the speckle reduction and the feature retention.     

基于多级分类的极化SAR图像斑点抑制

针对极化合成孔径雷达（polarimetric synthetic aperture radar, PolSAR）图像相干斑抑制后的目标极化特性和结构特征保持问题,给出了一种多级分类的极化SAR图像斑点抑制方法。首先利用H/α快速分解法并结合极化总功率图像进行初分类,之后采用最小距离准则和聚合的层次聚类方法进行细分类,最后根据图像结构将图像内容分为亮点线目标、暗线目标和其他目标三大类,利用线性最小均方滤波器对暗线目标和非点线目标进行滤波。采用美国AIRSAR机载系统获取的实测数据进行实验,结果表明,与Lee的基于散射模型降斑算法相比,本文算法不仅能够更有效地抑制斑点噪声,而且在保持极化特性、结构和纹理特征方面更为有效。     

基于KPCA和LDA的信号调制识别

对信号的特征选择与分类问题进行研究,提出了一种基于核主分量分析(kernel principle component analysis, KPCA)和线性判别(linear discriminant analysis, LDA)分类器的信号调制识别算法。针对通信信号的特点,首先利用KPCA的方法对特征参数进行主分量组合,以消除信号特征间的相关性和压缩特征向量的维数,然后利用LDA分类器进行信号调制方式的自动识别。仿真表明,在一个较大的信噪比范围内当特征非线性可分时,KPCA在特征选择方面性能更优,且基于KPCA+LDA的识别方法精度高于主分量分析(principle component analysis, PCA)+模板匹配算法。通过分析还可得出,KPCA+LDA等价于基于核的Fisher判别分析(kernel Fisher discriminant analysis, KFDA)方法。     

基于KPCA与LSSVM的网络控制系统时延预测方法

针对网络控制系统中随机时延很难精确预测的问题,首次将核主成分分析（kernel principal component analysis, KPCA）与最小二乘支持向量机（least squares support vector machine, LSSVM）结合对随机时延进行预测,KPCA对输入随机时延序列降维,消除重复性与噪声,减少LSSVM的运算量,降维后的时延序列通过LSSVM算法预测时延值。仿真结果表明,基于KPCA与LSSVM的时延预测方法的预测精度高于其他的预测方法。     

基于改进矢量量化的SAR图像压缩算法

由于SAR图像像素之间相关性比较弱,考虑到矢量量化在信源弱相关的条件下,也能取得比较好的压缩效果,将矢量量化用于SAR图像压缩中。同时,针对SAR图像纹理丰富,容易受到斑点噪声影响的特点,改进算法将区域整体图像信息从量化空间中分离出来,而且删除了每次聚类后含有最少矢量的胞腔。该算法有效的减少了量化空间大小,使生成码字分布更加合理。实验结果表明,矢量量化对于SAR图像压缩是有效的,并且,改进算法提高了图像整体压缩效果,较好的保留了点线面目标,同时在斑点噪声抑制方面做出了有益的工作。     

基于聚类字典学习和稀疏表示的SAR图像抑斑方法

针对合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)图像相干斑抑制问题,提出一种基于聚类字典学习和稀疏表示的SAR图像抑斑方法。本方法以相干斑噪声的非对数加性模型为基础,通过改进相似度测度的K-means聚类和主成分分析方法进行字典学习,克服了相干斑噪声非高斯性带来的影响,形成具有结构性聚类的字典原子;在稀疏分解方面,通过引入方差稳定因子,建立了适用于抑制SAR相干斑噪声的稀疏表示模型,并通过交替迭代算法进行代价方程求解;同时算法还增加了点目标保护措施,避免了对图像点目标“过滤波”。通过卫星、无人机SAR图像的抑斑实验证明,相比经典的SAR图像抑斑方法,所提的方法在抑斑的视觉效果上和客观评价指标上都有较大的提升。     

基于l1范数主成分分析的极化SAR图像变化检测

为提高极化合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)图像变化检测算法的鲁棒性以及检测精度,提出基于范数主成分分析(linorm principal component analysis,l1-PCA)模型的变化检测算法。首先,采用基于Hotelling-Lawley复矩阵迹变化检测算子构造差异图;其次,采用l1-PCA模型获取差异图的变化信息,使得每个像素以一个特征向量来表示;最后,使用k-means算法对变化信息进行聚类,得到变化检测结果。该方法是一种非监督变化检测方法,相比于基于2范数的PCA检测方法,l1-PCA在特征提取方面具有更高的鲁棒性,并且可以进一步提高变化检测精度。基于RADARSAT-2卫星获取的3幅图像进行的实验结果表明,相较于其他两种典型算法,所提算法更加稳定,精确度更高。     

原始数据压缩对全极化SAR极化信息的影响

合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)原始数据压缩能有效降低星上下传数据率,但同时也引入压缩误差,对全极化SAR而言将造成极化信息的失真。利用仿真数据,在不同信杂比下,研究当前普遍使用的4 bit量化、8∶3分块自适应量化(block adaptive quantization,BAQ)和8∶4 BAQ 3种压缩方法引入的极化失真。仿真结果表明,数据压缩对图像残余通道不平衡的影响较小,一定条件下可忽略,对图像残余串扰的影响,只有在信杂比远高于40dB的条件下才表现出来,其他情况下将淹没于背景杂波中,这为全极化SAR数据压缩方法的选择提供了参考。     

极化SAR图像中的弱小舰船目标检测

结合最新的子空间数据分析方法--非负矩阵分解(nonnegative matrix factorization, NMF),对极化合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)图像中的弱小舰船目标提出一种全新的有效检测方法。该方法利用极化协方差矩阵分解,得到包含极化图像能量的特征值组,组成满足NMF要求的非负矩阵;然后采用稀疏限制的NMF来提取其中的主要特征,以此将舰船目标检测出来。采用国内全极化和双极化实测海洋数据进行实验,验证了本文方法的有效性。     

基于Cholesky分解的K2DPCA人脸识别研究

K2DPCA(kernel 2D principal component analysis)是基于非线性特征提取的重要人脸识别方法,具有成功的应用.但对大规模训练数据库,其因核矩阵K规模过大、计算代价高而不能有效实现.采用选主元Cholesky,分解方法,仅需计算核矩阵的对角线上元素和部分精选列,得到迹范数意义下核矩阵K的最优Nystr(o|¨)m型低秩近似LL~T来解决该问题.并只需计算小规模矩阵L~TL的特征值和特征向量,实现大规模K2DPCA/KPCA(kernel principal component anialysis)的非线性特征提取.在加噪ORL人脸数据库上的实验结果表明,较K2DPCA/KPCA方法,新方法显著提高了识别率,并可以很大程度上克服噪声的影响;在Extended YaleB大型人脸数据库上的实验结果表明,此算法解决了K2DPCA核矩阵过大而不能有效实现的缺点.     

基于贝叶斯模型的shearlet域SAR图像去噪方法

通过对合成孔径雷达(synthetic-aperture-radar,SAR)图像相干斑噪声的特点分析,提出一种基于贝叶斯模型的shearlet域SAR图像去噪方法。首先将变换后的SAR图像在shearlet域进行稀疏表示,得到稀疏系数的分布;其次利用贝叶斯模型进行信号和噪声检测的建模,得到最佳的阈值;然后根据稀疏系数在不同方向上相关性不同的特点,利用自适应加权收缩算法对SAR图像噪声进行平滑处理;最后利用降噪后的高频子图像和低频子图像进行逆shearlet变换,得到SAR重构图像。通过在MSTAR数据库上的实验表明,该算法在滤除相干斑噪声的效果上比其他方法更好,并且不会损失图像的边缘特性。     

基于核主元分析和最小二乘支持向量机的软测量建模

软测量技术是工业过程控制和分析的有力工具，它的核心问题是如何建立学习速度快且泛化性能优良的软测量模型。提出了一种基于棱主元分析（KPCA）和最小二乘支持向量机（LSSVM）的软测量建模方法，利用核主元分析提取软测量输入数据空间中的非线性主元，然后用最小二乘支持向量机进行建模，不但降低模型复杂性，而且提高了模型泛化能力。最后将上述方法用于PTA结晶过程的软测量建模，仿真结果表明：与SVM、PCA-SVM建模方法相比，该KPCA-LSSVM方法具有学习速度快、跟踪性能好、泛化能力强等优点，是一种有效的软测量建模方法。     

稀疏描述与结构特征融合的极化SAR斑点抑制算法

提出一种稀疏描述与结构特征相结合的极化合成孔径雷达(polarimetric synthetic aperture radar,PolSAR)图像斑点抑制算法。首先利用图像的极化信息对原图像按结构特征分类,形成分类标记图;然后采用正交匹配追踪(orthogonal-matching-pursuit,OMP)算法对图像进行稀疏分解,利用K奇异值分解 (K-singular value decomposition, K-SVD)算法对过完备字典进行训练更新,得到图像相应的训练字典和稀疏系数,重构图像;最后在重构图像中按分类图增强相应的点线目标。利用美国AIRSAR系统采集的半月湾地区数据进行实验表明:该方法在实现图像去噪的同时,能够有效的保持地物的散射特性。     

相干斑噪声背景下的SAR图像分类方法研究

研究了相干斑噪声抑制对合成孔径雷达 (SAR)图像分类的影响。分别采用Kuan自适应滤波和小波变换软门限滤波两种方法进行了相干斑噪声抑制 ;对于SAR图像的分类则采用了图像的灰度以及基于灰度级共生矩阵的 4种纹理特征 ,并利用最大似然分类器进行了监督分类。处理结果表明 ,相干斑噪声的抑制尽管可以提高SAR图像的质量 ,但是由于在相干斑噪声得到抑制的同时 ,地物的固有结构信息也受到损失 ,因此分类精度提高甚微 ,在某些情况下甚至有所下降。针对这种情况 ,提出了一种改进的特征提取方法 ,将基于原图像的灰度级共生矩阵提取的纹理特征与滤波后图像的灰度特征进行组合用于分类。实验结果表明 ,改进的特征提取方法提高了SAR图像的分类精度。