基于显著性的sar图像机场跑道边缘检测方法

专利名称：基于显著性的sar图像机场跑道边缘检测方法
技术领域：
本发明属于图像处理技术领域，涉及合成孔径雷达(synthetic aperature radar, SAR)图像的边缘检测，更进一步来讲是一种基于视觉显著性的合成孔径雷SAR图像机场跑道边缘检测方法，可用于合成孔径雷达SAR图像边缘检测。
背景技术：
合成孔径雷达SAR图像的目标检测是国内外普遍关注的研究热点问题，而合成孔径雷达SAR图像中的机场跑道是一类非常重要的目标，无论从军用，还是从民用的角度来讲，对其检测都具有特殊的意义。对图像边缘的检测，目前学者已经提出了许多方法，像sobel检测，Prewitt检测， Robert检测，ROA检测等。但这些传统的边缘检测应用到合成孔径雷达SAR图像中时，由于合成孔径雷达SAR本身的成像特性，其检测结果中断边缘，错边缘现象严重，并且受到相干斑噪声的干扰很大。因此又有学者针对合成孔径雷达SAR图像的特点，提出了适合合成孔径雷达SAR图像的边缘检测算法。西安电子科技大学在其专利申请“SAR图像机场道路边缘检测水平集方法”(专利申请号201010541990. 1，公开号CN101982835A)中提出了一种基于水平集的合成孔径雷达SAR图像道路边缘检测方法。该专利申请采用区域生长的方法，从去噪后的图像中获取目标区域的边缘轮廓，作为水平集演化的初始化零水平集，进行水平集演化得到最终的目标区域的边缘轮廓。该方法虽然能够克服合成孔径雷达SAR图像斑点噪声对边缘检测的影响，但仍存在的不足是，区域生长时需手动选取初始化种子点，不能完成自动化的机场跑道边缘检测。此外，由于该方法利用区域生长得到水平集演化的初始化零水平集后再演化得到最终的目标区域的边缘轮廓，使得该方法的时间复杂度较高，不具有实时性。西北工业大学在其专利申请“一种基于高分辨率遥感图像的机场目标检测方法”(专利申请号201110094462. 0，公开号CN102156882A)中提出了基于高分辨率遥感图像的机场目标检测方法。该专利申请利用模糊边缘检测的方法，从预处理后的图像中提取图像边缘并留下近似直线的边缘，再利用自适应多尺度Beamlet变化检测其中平行的长直线作为跑道候选特征，并以机场的先验知识筛选出机场特征，最后以特征点八邻域范围内最高灰度的点作为种子点进行区域增长提取机场目标。该方法虽然能够克服边缘检测过程中大量误检的现象，但仍存在的不足是，该方法对合成孔径雷达SAR图像中相干斑噪声未采取有效措施，受噪声影响较大时，检测结果会较差。此外，由于该方法在处理过程未考虑复杂背景区域的问题，使得背景区域对检测结果造成影响。

发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足，提出了一种基于视觉显著性的合成孔径雷达SAR图像机场跑道边缘检测方法。本发明既可以较好的避免相干斑噪声对检测结果的影响，又可以较好的降低复杂图像背景对机场跑道边缘检测的干扰，同时又消除了区域生长时初始化种子点的手动选取问题，具有较高的检测精度和较好的实时性。本发明实现上述目的的思路是在对输入的图像进行中值滤波去噪并进行图像增强，先获取图像的显著图，根据显著图确定嘈杂背景区及机场跑道的候选区，再依据图像的显著性获取种子生长点，并同时去除嘈杂背景区，接着对去除嘈杂背景的去噪、增强图像进行区域生长获取机场跑道区域；最后用sobel算子对机场跑道区的边缘进行定位。本发明的步骤包括如下(1)读入一幅SAR图像。(2)对读入的SAR图像进行中值滤波2a)以输入图像中任意一个像素点为中心，选取一个窗口大小为奇数的正方形窗 Π ；2b)将正方形窗口中全部像素点的灰度值按照由大到小的顺序排列，组成一个灰度序列，选取位于灰度序列中间位置的灰度值作为滤波值；2c)用滤波值替代步骤2a)中像素点的灰度值；2d)重复上述步骤，直至处理完图像中的全部像素点。(3)图像增强对滤波后的图像进行灰度非线性变换，得到对比度增强后的合成孔径雷达SAR图像，将该图像作为强度特征图。(4)获取SAR图像的显著图4a)用0°、45°、90°和135°四个方向的Gabor滤波器对增强后的图像进行滤波，获得四个方向特征图；4b)利用下式分别获取强度特征图和四个方向特征图的待规格化图像；Cj = idct [S*exp (i*P)]其中，Cj为待规格化图像，j为变量，分别代表强度和四个方向，j e {q，0°，45°， 90°，135° }，q为强度；idct表示离散余弦反变换，S是谱残差，i为虚数，P是图像离散余弦变换后的相位谱信息，*表示相乘操作；4c)对待规格化图像进行规格化操作，分别获得强度显著图和方向显著图；4d)按照下式对强度显著图和方向显著图设置权重系数，并合并各特征显著权利要求
1.基于显著性的SAR图像机场跑道边缘检测方法，包括如下步骤(1)读入一幅SAR图像；(2)对读入的SAR图像进行中值滤波2a)以输入图像中任意一个像素点为中心，选取一个窗口大小为奇数的正方形窗口 ； 2b)将正方形窗口中全部像素点的灰度值按照由大到小的顺序排列，组成一个灰度序列，选取位于灰度序列中间位置的灰度值作为滤波值； 2c)用滤波值替代步骤2a)中像素点的灰度值； 2d)重复上述步骤，直至处理完图像中的全部像素点；(3)图像增强对滤波后的图像进行灰度非线性变换，得到对比度增强后的合成孔径雷达SAR图像， 将该图像作为强度特征图；(4)获取SAR图像的显著图4a)用0°、45°、90°和135°四个方向的Gabor滤波器对增强后的图像进行滤波，获得四个方向特征图；4b)利用下式分别获取强度特征图和四个方向特征图的待规格化图像； Cj = idct[S*exp(i*P)]其中，Cj为待规格化图像，j为变量，分别代表强度和四个方向，j e {q，0°，45°， 90°，135° }，q为强度；idct表示离散余弦反变换，S是谱残差，i为虚数，P是图像离散余弦变换后的相位谱信息，*表示相乘操作；4c)对待规格化图像进行规格化操作，分别获得强度显著图和方向显著图； 4d)按照下式对强度显著图和方向显著图设置权重系数，并合并各特征显著2.根据权利要求1所述的基于显著性的合成孔径雷达SAR图像机场跑道边缘检测方法，其特征在于步骤C3)所述的灰度非线性变换方法是将步骤O)中滤波后的图像从 low_in至high_in之间的源灰度值映射到目标灰度范围之间，增强高灰度区域的对比度。
3.根据权利要求1所述的基于显著性的合成孔径雷达SAR图像机场跑道边缘检测方法，其特征在于步骤4b)所述的确定谱残差的公式为S = L-R其中，S为谱残差，L为图像经过离散余弦变换得到的相位谱的对数，记为对数谱，R为对数谱的均值滤波结果。
4.根据权利要求1所述的基于显著性的合成孔径雷达SAR图像机场跑道边缘检测方法，其特征在于步骤4c)所述的规格化操作步骤是步骤1，将待规格化图像矩阵的所有行像素灰度最大值的最大值作为图像的像素灰度最大值，记录图像中像素灰度值等于该像素灰度最大值的所有像素点的任一坐标； 步骤2，将图像的像素灰度值归一化到0至图像像素灰度最大值之间； 步骤3，按照下式得到每个局部极大值与像素灰度最大值之间的综合差异值； S= (M-Hii) [1-di/sqrt (w2+h2)]其中，S为综合差异值，Cli是局部极大值Hii与像素灰度最大值M之间的空间距离， i e {1，...，η}，η为局部极大值的个数，w是图像的宽度，h是图像的高度，B是权重控制因子，sqrt是平方根运算；步骤4，计算规格化比例因子f= [(ES)/n]2； 步骤5，给整个图像乘上f。
5.根据权利要求1所述的基于显著性的合成孔径雷达SAR图像机场跑道边缘检测方法，其特征在于步骤4e)所述的高斯低通滤波器的标准差σ = 8。
6.根据权利要求1所述的基于显著性的合成孔径雷达SAR图像机场跑道边缘检测方法，其特征在于步骤( 所述的阈值分割是将显著图的灰度直方图中最后一个谷值确定为分割阈值，将合成孔径雷达SAR图像的显著图中灰度值大于等于该阈值的点记为0，其余的点记为1。
7.根据权利要求1所述的基于显著性的合成孔径雷达SAR图像机场跑道边缘检测方法，其特征在于步骤(6)所述的相似是指两像素点的灰度值之差的绝对值小于阈值U，U =X-Y，其中X是步骤(3)中获得的合成孔径雷达SAR图像中机场区域像素灰度值的平均值， Y是机场区域像素灰度值的最小值。
8.根据权利要求1所述的基于显著性的合成孔径雷达SAR图像机场跑道边缘检测方法，其特征在于步骤(7)所述的八连通区域标记法是指对图像中一个像素和其他像素在上、下、左、右、左上角、左下角、右上角或右下角连接着的像素点的区域给予相同标号的方法。
9.根据权利要求1所述的基于显著性的合成孔径雷达SAR图像机场跑道边缘检测方法，其特征在于步骤(8)所述的sobel边缘检测方法是将步骤7b)得到的二值图像的矩阵与水平的 sobel 模板[1 2 1 ;0 O O ；-1 -2 -1]和垂直的 sobel 模板[-1 O 1 ；-2 02 ；-1 O 1]分别进行卷积，得到两个矩阵，将两个矩阵对应像素点的较大灰度值，作为该像素点的新灰度值，新灰度值大于阈值的像素点为边缘点。
全文摘要
本发明公开了一种基于显著性的SAR图像机场跑道边缘检测方法，其实现步骤为(1)读入图像数据；(2)对读入的图像进行中值滤波；(3)对滤波去噪后的图像进行增强处理；(4)获取处理后图像的显著图；(5)基于显著图的显著性信息剔除嘈杂背景区；(6)获取种子生长点，进行区域生长；(7)后处理；(8)边缘定位。本发明既可以快速的完成对机场跑道边缘的检测，又可以较好的保持机场跑道边缘的信息，同时避免了嘈杂背景区域的干扰，具有较好的实时性和较高的检测精度，可应用于合成孔径雷达SAR图像机场跑道边缘的检测。
文档编号G06T5/00GK102509290SQ201110328330
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者侯彪, 刘芳, 杨国辉, 焦李成, 王爽, 范娜, 马文萍 申请人:西安电子科技大学