基于子波域隐含马尔可夫模型的SAR图像斑点抑制

为了抑制合成孔径雷达成像中的“斑点效应” ,提出了一种新颖的基于子波域隐含马尔可夫树的信号处理方法 .首先对图像进行对数变换 ,转换噪声的统计特性 ,然后在子波域建立隐含马尔可夫树模型 .根据此模型 ,进行最大似然估计 ,恢复图像并抑制斑点噪声 .实例显示 ,该方法在平滑斑点噪声的同时又保留了边缘信息 ,使得处理后的图像比较自然 .     

分布式卫星InSAR目标定位近似闭式解

研究了利用分布式卫星干涉合成孔径雷达系统(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)生成数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)的三维目标定位方法．相比重复航过InSAR系统,分布式卫星InSAR系统中的副雷达工作于双基模式,其雷达成像几何较为复杂,难以求取分布式卫星InSAR三维目标定位方程的闭式解．针对分布式卫星InSAR目标定位问题,提出一种联合主图像成像几何的辅图像等效相位中心法．在此基础上给出了分布式卫星InSAR三维目标定位方程的高精度近似闭式解．理论分析及仿真实验结果验证了求取的近似闭合形式解的精确性．     

Fast subpixel registration method for InSAR images

In conventional registration methods, image interpolation is used to extract subpixel offsets which lead to the limitation that the registration accuracy is restricted by the interpolation unit. Moreover, the computational burden is heavy when high accuracy is demanded. In order to reduce the computational load, we propose an efficient offset estimation method for interferometric synthetic aperture radar (InSAR) image subpixel registration. Firstly, a novel cost function continuously varying with offsets is established by integrating the empirical signal-to-noise ratio (SNR) and the interpolation operation. This suggests a more accurate registration since the accuracy of the estimated offsets does not depend on the interpolation unit. Secondly, an efficient bi-iterative algorithm is employed to solve the cost function in the continuous domain. The subpixel offsets associated with the maximum of the cost function can be exactly obtained with low computational complexity. Simulated and real data are tested to illustrate the good performance and computational efficiency of the proposed method.     

Improved Ship Target Detection Accuracy in SAR Image Based on Modified CFAR Algorithm

基于修正CFAR算法的高精度SAR图像舰船目标检测

王勇,郭天骄

(哈尔滨工业大学 电子与信息工程学院,哈尔滨 150001)

创新点说明：

本文基于舰船目标实测数据SAR成像结果,提出一种新的二维SAR图像舰船目标检测算法,具体创新性可说明如下：

1）首先使用Otsu算法大致确定舰船目标的大小,进而自适应地确定CFAR滑动窗的尺寸,使算法更有普适性。

2）介绍了CFAR算法的改进形式,在提高运算速度的同时大大提升了检测效率。

3）所用的综合算法包含了形态学分割算法,解决了传统Otsu、CFAR算法不能处理多目标融合、角反射过强等问题,降低了漏警概率。

研究目的：

传统CFAR舰船检测算法效率低、无法根据图像分辨率和舰船目标大小来确定滑动窗大小,而且无法解决多目标融合等问题,基于此,本文设计一种综合算法可解决基于SAR图像的舰船目标检测问题。

研究方法：

1）对图像进行Otsu二值分割处理,量取分割后的每个区域的尺寸;

2）采用改进的CFAR算法,将积分运算简化为求和迭代运算,将阈值初始化为二倍窗内灰度值均值,窗大小根据Otsu算法分割后的每个区域的长宽来确定;

3）对经过CFAR算法后的图像进行形态学开运算处理。开运算算子采用一条线段,长度同样根据Otsu算法分割后的每个区域的长宽来确定。

结果：

1）说明了SAR图像进行Otsu处理后的图像特点,以及Otsu算法可以迅速获得舰船目标大小的优点。

2）给出了改进的CFAR算法的计算流程,此算法能够根据上一步估计的舰船目标大小来调整滑动窗大小,计算高效迅速,而且比较精确。

3）采用形态学开运算算法,并能根据Otsu算法分割后的每个区域大小来确定开运算算子,开运算处理后融合的多目标彼此分离,强角反射得到了去除,降低了漏警概率和虚警概率。

结论：

对于一幅含有舰船目标的SAR图像,可以通过Otsu、CFAR、开运算处理来进行舰船目标检测,降低漏警概率和虚警概率,提高算法的普适性和精确性。此外,通过对CFAR算法改进可大大提升运算效率。本文的研究结果对SAR舰船目标检测算法的实际应用奠定了良好的理论和实验基础。

关键词：舰船检测,Otsu算法,恒虚警检测,开运算

     

应用联合自聚焦实现低信噪比ISAR成像平动补偿

传统逆合成孔径雷达(ISAR)平动补偿中,由于低信噪比下包络对齐无法精确实现,因此会导致后续相位自聚焦的精度受到限制．针对该问题,提出了一种包络相位联合自聚焦算法．该算法可以实现低信噪比下对ISAR目标复杂的平动分量进行补偿．利用二维ISAR图像熵作为目标函数,结合阻尼牛顿法进行最优化求解,在低信噪比下完成对平动分量的精确估计．另外,考虑到直接采样模式下,ISAR回波包络的缓变特性,对应平动分量可用有限阶多项式进行拟合．因此,利用归一化多项式拟合实现估计参数规模的简化,提高了估计精度和效率．Yak-42实测数据验证了该算法在低信噪比下的有效性和可靠性．     

New Precision Guidance Method Based on Bistatic Synthetic Apterture Radar

A new method is presented to improve guidance precision. This method is based on bistatic synthetic aperture radar. The illuminator works in side looking mode, providing the synthetic aperture and the receiver is disposed on the seeker which operates in the forward looking mode. The receiving antenna is composed of four sub-antennas and so four synthetic aperture radar (SAR) images are to be generated. Target is positioned in SAR images by image matching. The bearing and elevation of image element of target are measured by the principle of monopulse angular measurement. Theory of the proposed method is derived and simulation on bearing measurement is done. Simulation shows that the method is valid and if SNR of target's image is above 30 dB, the angular measuring difference is within the confines of 0.04 degree.     

Accelerated time domain imaging algorithm and its autofocus approach

The measurement accuracy of a navigation system is inadequate for airborne synthetic aperture radar (SAR). This may seriously degrade the image quality. In this paper, we propose an accelerated time domain (ATD) imaging algorithm combined with the autofocus method. By introducing the global pseudo polar coordinate (GPPC), we construct the Fourier transform pair (FTP) relationship. Then, the weighted least square phase gradient autofocus (WLS-PGA) algorithm is adopted to implement accurate phase error compensation. This method uses fast Fourier transform to implement sub-image fusions instead of time-consuming two-dimensional interpolation. Also, it has good compatibility with the high-accuracy autofocus algorithm to estimate the residual motion errors within the radar echoes and to obtain a well-focused image.     

Design method for bandwidth and synthetic aperture time in GEOSAR

The complex relative motions between the Radar platform and the targets are more complex in geosynchronous Synthetic aperture radar (GEO SAR). The assumption that range and azimuth are uncoupled in Low-Earth-Orbit SAR does not hold in GEO SAR. The common calculation method for bandwidth and synthetic aperture time cannot be used in GEO SAR. In this paper, a method suit able for GEO SAR is proposed to design imaging parameters including the bandwidth and synthetic aperture time. First, a resolution analysis method with analytical expression is deduced based on geometrical mapping, and then based this expression, the bandwidth and the synthetic aperture time are optimized to meet the resolution's needs on value and shape (close to a circle). Finally, a design example in a GEO ellipse orbit is given, and the resolution analysis result corresponds to the image obtained by the Back Projection (BP) method. The designed bandwidth and synthetic aperture time are also provided. Simulation results validate the effectiveness of the proposed method in the GEO SAR system design.     

加权空间函数优化FCM的SAR图像分割

传统模糊c-均值聚类算法没有考虑图像像素空间信息特征,在应用于合成孔径雷达图像分割时,由于合成孔径雷达图像中斑点噪声的影响,通常不能得到正确的分割结果．基于此问题提出加权空间隶属度和加权空间函数并应用于c-均值聚类算法,加权空间隶属度是多尺度条件下空间各相邻像素的位置和强度信息的加权隶属度值,加权空间函数中各加权空间隶属度的影响系数由自适应遗传算法优化,最终的隶属度值由加权空间函数修正．由于在这种聚类过程中融入了优化的空间信息,因此弱化了斑点噪声的影响,提高了分割精度．这种算法应用于实际合成孔径雷达图像分割实验,结果表明此算法对初始分类结果不敏感,具有较强的抗噪性能,改善了SAR图像的分割结果．     

ISAR Imaging and Cross-Range Scaling Based on Image Rotation Correlation

With the rapid advancement of technology, not only do we need to acquire a clear inverse synthetic aperture radar (ISAR) image, but also the real size of the target on the imaging plane, so it’s particularly important for the ISAR to rescale the images. That is, the ISAR image which is in the range-Doppler domain is converted into the range-azimuth domain. Actually, the key point to solving the problem is to estimate the rotation parameters. In this paper, a new scheme to rescale the images is proposed. For the sake of solving the problem of two-dimensional image blur and target high-speed, the instantaneous range instantaneous Doppler (IRID) method is used to obtain ISAR images, and the rotation parameters are estimated by comparing the rotation correlation of the two images. Using this method, the error of the estimated rotation parameters is greatly reduced, so that the target can be rescaled accurately. The simulation results verify the effectiveness of the proposed algorithm.     

基于KPCA的多频极化SAR图像信息压缩和噪声抑制

多频极化SAR图像不同的波段和极化方向上存在着冗余信息和相干斑噪声。为此,提出了一种基于核主分量分析(KPCA)的多频率多极化SAR图像信息压缩和抑噪方法。KPCA通过利用"核技巧",对线性PCA进行了非线性的推广。对NASA/JPL 3个波段的多极化SAR图像实验结果表明,相对于线性PCA,KPCA具有更好的信息提取、压缩和噪声抑制作用。     

联合误差估计的机载超高分辨率SAR成像

针对机载超高分辨率合成孔径雷达存在运动误差严重影响成像质量的问题,提出一种联合误差估计的超高分辨率成像方法。首先,依据合成孔径雷达成像几何,将惯导投影到斜距平面坐标系,反演出运动误差,通过插值运算完成距离空变粗补偿;接着,为了有效结合运动补偿,采用改进施托克插值的距离徙动算法完成徙动校正;利用子孔径误差相位提取和全孔径拼接的方法,完成运动误差的精估计和补偿;采用图像偏移算法实现残余方位空变误差相位估计和补偿。完成以上徙动校正和运动补偿后,对方位全孔径数据进行匹配滤波,得到超高分辨率合成孔径雷达成像结果。采用所提算法对机载X波段和Ku波段实测数据进行成像,得到二维0.05m超高分辨率成像结果,验证了该方法的有效性和实用性。     

光学综合孔径成像系统探测器采样研究

基于探测器采样原理,从空间域和频率域详细研究了探测器采样对光学综合孔径(OSA)成像质量的影响。在空间域,研究了OSA成像系统点扩散函数分布与探测器采样误差的关系;在频率域,基于探测器采样与光学传递函数的关系,研究了采样频率对OSA成像系统截止频率的影响,分析了成像系统欠采样的产生并进行了欠采样图像恢复仿真。实验结果表明,在OSA成像系统的设计中,要将探测器与光学系统适当匹配,才能获得最佳的图像性能。     

双站SAR图像几何失真校正方法研究

针对双站合成孔径雷达(SAR)中由于发射机、接收机斜视角和速度的不同导致获取图像存在几何失真的问题,提出了一种基于坐标尺度变换的双站SAR图像几何失真校正方法．首先根据双站SAR的几何关系,详细分析了目标的斜距历程．采用等效相位中心原理,将双站SAR模型等效于单站SAR模型,结合RD成像算法,建立了几何失真校正的数学模型．最后通过该数学模型,对静止二维点阵目标的成像结果进行了几何失真校正,校正结果与地面设定的场景完全一致,从而验证了该校正方法的有效性和正确性．     

多极化SAR图像目标的智能识别应用研究

针对小样本集的多极化合成孔径雷达(SAR)图像目标,提出利用迁移学习、多极化SAR图像增广以及网络架构适应性改进,实现了多极化SAR图像目标端到端的智能分类识别;利用实测机载全极化SAR目标图像进行了实验.实验结果表明,与传统机器学习SVM方法相比,基于多极化SAR深度学习方法所包含的多个神经网络隐含层能自适应地提取目标高层语义特征,其目标分类识别精度更高,从而验证了本文深度学习方法用于多极化SAR图像目标识别分类的有效性.     

基于局部相似性测度的SAR图像多层分割

针对谱聚类算法计算复杂度高,不适用于合成孔径雷达图像分割的问题,利用谱聚类算法与权核k均值之间的等价性,提出一种基于局部相似性测度的SAR图像多层分割算法．首先提取图像中每个像素的小波纹理特征,利用每个像素点的纹理特征计算各自的局部尺度参数,进而构造像素点之间的邻接关系,然后利用最近邻规则对此邻接关系进行逐层合并,进行基础聚类和逐层细化实现像素点聚类,最终得到图像的分割结果．对人工纹理图像和SAR图像的分割结果表明了新算法避免了传统谱聚类算法对尺度参数的敏感性,获得了更优的分割性能．     

基于脊波变换的SAR与可见光图像融合研究

脊波(R idgelet)作为一种新的多尺度分析方法比小波更加适合分析具有直线或超平面奇异性的信号,而且具有较高的逼近精度和更好的稀疏表达性能。将脊波变换引入图像融合,能够更好地提取原始图像的特征,为融合图像提供更多的信息,在融合过程中抑制噪声的能力也比小波变换更强。因此,提出了基于脊波变换的SAR与可见光图像融合方法,并采用偏差指数与等效视数指标对融合效果进行评价。实验结果表明,该方法在保留合成孔径雷达SAR(synthetic apertureradar)与可见光图像重要信息、抑制噪声能力方面均优于小波变换方法。     

相位梯度自聚焦在FFBP聚束SAR处理中的应用

基于孔径分解和图像递归融合的快速分解后向投影算法具备接近频域算法的运算复杂度和媲美后向投影算法的聚焦性能．与频域成像算法不同,使用快速分解后向投影算法重建的直角坐标系图像或极坐标系图像均无法满足传统自聚焦方法的使用条件．为了解决这个问题,在原快速分解后向投影算法的基础上创新地引入了虚拟极坐标系,提出了改进快速分解后向投影算法,为自聚焦处理提供图像域与距离压缩相位历程域之间的傅里叶变换对关系．其次,建立全新的重叠子孔径构型,提出了嵌套多孔径相位梯度自聚焦的改进快速分解后向投影算法．最后,利用X波段聚束合成孔径雷达实测数据对该方法进行了验证．     

基于灰预测模型的图像边缘检测新方法研究

图像的边缘是图像特征提取与分析理解的基础,其检测质量直接决定后期理解的效果。为了更有效地检测出图像边缘信息,提出了一种基于灰色预测模型的图像边缘检测新方法。该方法向GM(1,1)求解模型的指数中加入了一个调整参数p,通过选择象素周围不同方向的象素数据点以及2次调整参数p的取值对图像进行预测处理,从而得到1幅轮廓增强和1幅未增强的预测图像,将这2幅图像做差,便获得了1幅图像的边缘位置信息。使用改进后的方法对1组图像进行了预测处理,其结果表明,该算法能够有效地检测出图像的边缘信息,并且图像的细节部分也能够清楚地获得,说明是一种有效的图像边缘检测新算法,同时为灰色理论应用于图像边缘检测进行了尝试与探讨。     

小波域隐Markov树模型的图像去噪快速算法

小波域隐Markov树模型(Hidden Markov Tree Model，简称HMT)能充分表现小波系数的统计特征，但模型训练算法计算量大。文中以图像去噪为应用背景，提出了基于HMT粗分类的多树训练算法。该算法通过对不同类型的纹理建立不同的HMT，对小波系数进行粗分类，在此基础上，不同类别的小波系数被分别建模，并将粗分类HMT的参数作为最终模型训练的初始化参数，从而提高了模型的精度，同时减小了训练算法的计算量。对于含复杂场景或纹理的图像，提出了基于方差粗分类的训练算法，也能有效地提高模型精度。对自然图像和SAR图像的去噪实验表明，采用粗分类训练算法的HMT去噪模型的去噪效果在客观指标上优于现有的HMT去噪模型。