Sar图像序列特征提取方法
【专利摘要】一种圆迹SAR图像序列特征提取方法，包括：联合应用似然比和恒虚警检测实现对圆迹SAR初始图像的方位向多散射中心的检测、消除和非相干累加，得到新的圆迹SAR图像序列，并获得所述新的圆迹SAR图像的似然比曲线Λ(i)和子孔径消除曲线Ap(i)；通过对所述似然比曲线进行前向差分、编码和转码，并对编码后的特征进行合并类别数，得到多视向似然比特征；以及通过对子孔径消除曲线进行前向差分、编码和转码，并对编码后的特征进行合并类别数，得到多视向子孔径消除特征。
【专利说明】
SAR图像序列特征提取方法
技术领域
[0001] 本发明设及雷达图像处理领域，尤其设及一种圆迹合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR)图像序列的特征提取方法。
【背景技术】
[0002] 目前，在圆迹SAR成像过程中，通常对各子孔径进行全相干累加全孔径图像。若目 标对所有孔径都满足方位向同散射中屯、假设，全相干累加可W获得分辨率和信噪比最优的 图像。然而，由于实际地物的散射特征仅在有限的方位角内保持稳定，方位向多散射中屯、的 存在使得圆迹SAR出现新的特征。传统圆迹SAR图像应用并没有有效利用方位向多散射中屯、 的特征。
【发明内容】
[0003] 本发明实施例提供了一种圆迹SAR图像序列特征提取方法，包括：
[0004] 步骤S1，联合应用似然比和恒虚警检测实现对圆迹SAR初始图像的方位向多散射 中屯、的检测、消除和非相干累加，得到新的圆迹SAR图像序列，并获得所述新的圆迹SAR图像 的似然比曲线和子孔径消除曲线；
[0005] 步骤S2,通过对所述似然比曲线进行前向差分、编码和转码，并对编码后的特征进 行合并类别数，得到多视向似然比特征；W及
[0006] 步骤S3,通过对子孔径消除曲线进行前向差分、编码和转码，并对编码后的特征进 行合并类别数，得到多视向子孔径消除特征。
[0007] 针对传统图像合成方法未完全利用由圆迹SAR成像中各子孔径视向不同而产生的 丰富的和视向相关的信息，根据本发明的技术方案，利用通过似然比检测、恒虚警检测获得 的圆迹SAR图像序列进行圆迹SAR图像的多视向特征提取。通过重组原始的子孔径图像序列 获得一种物理意义明确且和观测对象所处方位无关的数据，从序列图像中提取出随散射中 屯、变化的多视向特征，应用差异性似然比和恒虚警检测中生成的随视向变化的差异性似然 比曲线和子孔径消除曲线，分别对差异性似然比曲线和子孔径消除曲线进行前向差分、编 码和转码，并合并类别数，获得多视向似然比特征和多视向子孔径消除特征。
【附图说明】
[000引图1示出了根据本发明的SAR图像序列特征提取方法的流程图；
[0009] 图2示出了根据本发明的提取SAR图像序列的差异性似然比特征的流程图；
[0010] 图3示出了根据本发明的提取圆迹SAR图像序列的子孔径消除特征的流程图。
【具体实施方式】
[0011] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，W下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明作进一步的详细说明。
[001^ 图巧出了根据本发明的圆迹SA姻像序列特征提取方法的流程图。如图1所示，所 述方法可W包括：
[0013] 步骤S1，联合应用似然比和恒虚警检测实现对圆迹SAR初始图像序列的方位向多 散射中屯、的检测、消除和非相干累加，得到新的圆迹SAR图像序列，并获得新的圆迹SA姻像 的似然比曲线和子孔径消除曲线；
[0014] 步骤S2,通过对似然比曲线进行前向差分、编码和转十进制码，并对编码后的特征 进行合并类别数，得到多视向似然比特征；W及
[0015] 步骤S3,通过对子孔径消除曲线进行前向差分、编码和转十进制码，并对编码后的 特征进行合并类别数，得到多视向子孔径消除特征。
[0016] 接下来将参考图2和图3来详细描述根据本发明的圆迹SAR图像序列特征提取方 法。图2示出了根据本发明的提取SAR图像序列的差异性似然比特征的流程图，图3示出了根 据本发明的提取圆迹SAR图像序列的子孔径消除特征的流程图。
[0017] 首先，本领域技术人员可W理解，可W根据本领域公知的各种方法联合应用似然 比和恒虚警检测实现对圆迹SAR初始图像序列的方位向多散射中屯、的检测、消除和非相干 累加，得到新的圆迹SAR图像序列，并获得新的圆迹SAR图像序列中每个像素点随序列号变 化的似然比大小和子孔径序号，构成似然比曲线和子孔径消除曲线。例如可W，参见化rro- Famil L,Reigber A,Pettier E，et al..Scene characterization using subaperture polarimetric SAR data[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing， 2003,41(10):2264-2276。
[001引如图2所示，步骤S2具体可W包括：
[0019] 在步骤S21，对似然比曲线进行前向差分。
[0020] 同一类散射目标的似然比曲线绝对值差异较大，运是由于似然比计算过程中主要 依赖散射强度信息。散射强度容易受到多种因素的影响，例如天线的散射方向图、地形坡度 W及目标本身的介电常数和几何结构。由此可见，似然比曲线处理应W曲线特征提取及归 一化为主，似然比曲线的变化趋势(上升、降低或不变)可W反映目标的方位向散射结构。因 此需结合似然比曲线的前向差分运算及状态编码来提取曲线特征并归一化。若A (i)代表 似然比曲线，其前向差分值可W被定义为：
[0021] Δ log Λ (i) = l〇gA (i+l)-logA (i)
[0022] 其中为图像序列长度。
[0023] 在步骤S22,对似然比曲线的前向差分值进行编码。由于同一类型地物的前向差分 值在实际数据中的差异较大(和似然比相同，受到多种因素的共同作用），但变化趋势表现 出很强的模式性，且在模型分析中具有明确的含义。因此，将似然比曲线特征简化为变化趋 势的Ξ种状态:上升、降低或不变。为进一步应用于分类，可W将Ξ种状态表达为Ξ进制数 Num，一组编码ki，? = 1，2,3···Ν-1，按照Num = kik2…组成Ξ进制数，编码的位数可W根据应 用需求来确定。其中，若Δ logA (i)=〇,则编码ki = 0;若Δ logA (i)>〇,则ki = l;若Δ log 八（i)<〇,则ki = 2。
[0024] 编码的重要性及可信度从左至右依次降低的。因此，若在后期应用时发现过度分 割的现象或希望减少类别数，可W在编码阶段调整尾数的位数，W此来舍弃不重要或可信 度差的编码。该编码是不同类型的散射目标和其自身似然比曲线变化趋势唯一匹配的"身 份"信息，如同提取了每个散射目标的指纹信息。
[0025] 然后，在步骤S23，对Num进行十进制转码。
[0026] 在得到指纹信息后，将多位Num进一步转化为一个十进制数字Numd。^进制转十进 制从编码右侧开始，令似然比差异较小的类型所对应的十进制数值比较接近。变化次数多 的和变化次数少的类型所对应的十进制数值相差较大。相同变化次数但在不同迭代周期中 发生的也有差别。
[0027] 然后，在步骤S24,基于十进制编码Numd的直方图合并类别数目，从而获得多视向 似然比特征。合并类别数目方法需根据应用需求决定。通过调整预设的直方图分辨间隔A L，可W调节特征合并类别过程中的敏感度。如果需要得到细小的特征差别，则令直方图间 隔A L变小，敏感度调高。如果特征的类别合并结果有过度分类现象，则增大Δ LW降低敏感 度。计算Numd和第1个类别之间的距离1^6111，1 = 1，2-^，？是类别的数量。对距离进行排序得 至Ij最短距离Lenmin = Lerix，则Numd被归类到第X个类别中。
[002引如图3所示，步骤S3可W具体包括：
[0029] 在步骤S31，对子孔径消除曲线进行前向差分。
[0030] 除似然比外，新的圆迹SAR图像序列还产生了消除子孔径标号序列。被消除的子孔 径标号代表了该散射中屯、的后向散射方向图主要覆盖方向。由于试验中的消除子孔径标号 在[0,9]之间，因此图中把方位向同散射中屯、的孔径差异统一设置为10。曲线的特征不是非 常明显，很难从中直接分辨不同地物类型。
[0031] 基于前文对似然比曲线的分析，可W采用类似的思路来处理子孔径消除标号曲 线。若假设子孔径的数量R是偶数，Ap(i)代表子孔径消除曲线，其前向差分值可W被定义 为：
[0032]
[0033] 上式在计算相邻迭代之间的孔径个数差别ΔΑρ(υ时，需要考虑观测角度差是周 期的。孔径标号差的周期是方位角η所对应的子孔径数量R/2,超过周期的需要通过|R-Ap(i + 1)+Ap(i)|补偿回来，并且不区分正负值，只保留相对量。此外，当出现只有1次消除变化的 情况时，将A Ap (i)赋值为R/化1。
[0034] 然后，在步骤S32,对子孔径消除曲线的前向差分值进行编码。
[0035] 和似然比曲线变化不同的是，子孔径消除标号曲线包含0.5 · R+2个状态，即需要 多进制编码，例如0.5 · R+2进制编码。编码过程和似然比的前向差分值的编码过程类似。
[0036] 然后，在步骤S33,对编码后的多位数进行十进制转码得到十进制数。转码过程和 步骤S23类似。
[0037] 然后，在步骤S34,基于十进制数的直方图进行合并类别数目，获得多视向子孔径 消除特征。合并类别数的过程和步骤S24类似。
[0038] W上所述，仅为本发明中的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任 何熟悉该技术的人在本发明所掲露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在 本发明的包含范围之内。
【主权项】
1. 一种圆迹合成孔径雷达SAR图像序列特征提取方法，包括： 步骤S1，联合应用似然比和恒虚警检测实现对圆迹SAR初始图像的方位向多散射中心 的检测、消除和非相干累加，得到新的圆迹SAR图像序列，并获得所述新的圆迹SAR图像的似 然比曲线Λ (i)和子孔径消除曲线Ap(i); 步骤S2,通过对所述似然比曲线进行前向差分、编码和转码，并对编码后的特征进行合 并类别数，得到多视向似然比特征；以及 步骤S3,通过对子孔径消除曲线进行前向差分、编码和转码，并对编码后的特征进行合 并类别数，得到多视向子孔径消除特征。2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤S2中对所述似然比曲线进行前向差分包 括 Δ log Λ (i) = l〇gA (i+l)-logA (i) 其中l<i<N，N为图像序列长度，Δ l〇gA⑴表示似然比曲线前向差分值。3. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述步骤S2中对所述似然比曲线进行编码包括将 所述似然比曲线前向差分值编码为三进制数Νιιπι = 1α1?···，ki，i = 1，2，3···Ν-1，其中 若 Δ l〇gA (i)=〇,则编码ki = 0; 若 Δ l〇gA (i)>〇,则ki = l; 若 Δ l〇gA (i)<〇,则ki = 2。4. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述步骤S2中对所述似然比曲线进行编码还包 括:对Num进行十进制转码得到十进制数Numd，并基于十进制数Numd的直方图合并类别数目， 从而获得多视向似然比特征。5. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤S3中对所述子孔径消除曲线Ap(i)进行 前向差分包括： 在子孔径的数量R是偶数的情况下，将Ap(i)的前向差分值AAp(i)定义为： -/1/?(/ + 1) + /1/'(/)||却(7 + 1)-_<4/'(/)|>八'/26. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述步骤S3包括将子孔径消除曲线的前向差分值 AAp(i)编码为多进制数据。7. 根据权利要求6所述的方法，还包括对所述多进制数据进行十进制转码得到十进制 数，并基于十进制数的直方图进行合并类别数目，获得多视向子孔径消除特征。8. 根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述多进制数据是0.5 · R+2进制数据。
【文档编号】G06K9/48GK106067027SQ201610389835
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年6月3日 公开号201610389835.X, CN 106067027 A, CN 106067027A, CN 201610389835, CN-A-106067027, CN106067027 A, CN106067027A, CN201610389835, CN201610389835.X
【发明人】洪文, 李洋, 薛斐腾, 郭小洋, 王建峰, 郭胜龙
【申请人】中国科学院电子学研究所