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第32卷第1期遥测遥控Vo.l32,.1

2011年1月January2011

一种自适应各向异性的SAR图像去噪算法

苗慧,宋光磊,张春红,温靖

(中国空间技术研究院513所北京研发中心北京100191)

摘要:为了在抑制噪声时尽可能保留图像边缘信息,提出一种自适应各向异SAR图像去噪算法。该方法设计一

组具有不同尺度和方向的滤波器模板,针对不同图像边缘的局部特征计算出滤波器的尺度和方向,选择最优匹配的各向异

性滤波器,从而可以在抑制噪声的同时很好地保留边缘。仿真实验表明,提出的自适应各向异SAR图像去噪算法具有

很强的噪声抑制和边缘保持能力,并且具有较高的实效。

关键词:合成孔径雷达;相干斑噪声;各向异

中图分类号:TN957文献标识码:A文章编号:CN111780(2011)0100280

引言

合成孔径雷达SAR(SyntheticApertureRadar)可以获得高分辨率的雷达图像信号,但是由于雷达系统

采用全相干的成像方式,产生的图像一般都会受到相干斑噪声(Speckle)的污染,造成图像的辐射分辨率

严重降低,使得对SAR图像进行分析处理或者是信息提取(如判读、分割、分类、目标检测等)的过程变得

非常困难,因此,对于SAR图像进行相干斑去除的预处理成为必不可少的步骤,也是现代图像去噪和复原

领域内最有难度的课题之一。

在相干斑噪声的抑制算法方面,最具代表性的有:中值滤波,这是最早提出的滤波算法,此算法假

定在窗口内的噪声具有局部极值,将含有奇数个(通常是33或者5)像素的窗口内的中间值像素值

代替窗口中心的像素值,但空域中值滤波在滤波窗口较大的时候可能会丢失细小的线性特征,导致图像

[1][2]

比较模糊;基于局部统计特性的Lee和Frost滤波器,用滑动窗口内像素的均值以及方差作为参数,

按一定的估计原则进行滤波,Lee滤波器假设斑点噪声是乘性且完全发育的,但在不少区域内斑点并不是

完全发育的。当场景中由于分辨单元相当小或者有更小的细节时,比如说边缘和纹理很强的区域,则斑

点不再是乘性的,这时Lee滤波器也不再可靠。在离散情况下,Frost滤波器和Lee滤波器在迭代形式上

[3]

并无根本上的区别。基于局部的线性最小均方误差的Kuan滤波器,事实上,Kuan关于加性噪声的假

设在SAR图像中是不适合的,非平稳均值和非平稳方差在某些区域并不完全成立,在多次迭代之后,图像

边缘不可避免地受到一定程度的破坏。偏微分方程(PDEs)方法,是近年来一种新的信号处理技术,它

[4]

在图像分割、图像重建、边缘检测、图像复原等领域得到了广泛的应用。尤其是PeronaandMalik提出的

各向异性扩散方程,使得在图像去噪的同时尽量保持边缘甚至能一定程度地增强棱边,在实际应用中取

得了良好的效果。但是P.M模型的平滑效果较差,容易出现块效应,即处理后的图像形成多个内部灰

度相同的块状区域或阶梯状区域;当迭代次数增多时,对边缘的保持效果也不甚理想。

[5]

Geusebroek等人提出了一种快速各向异性高斯滤波方法,这种滤波器通过在两个不同方向上选用

不同的高斯尺度,从而使滤波器可以在去噪时较好保留图像边缘等重要信息,并利用高斯函数的可分解

性将滤波器沿长轴和短轴方向分解为两个一维滤波器与图像卷积,使计算简化。但这种滤波器仍存在以

下几个问题:滤波器的长、短轴长度固定,如何选取一个合理的尺度对图像进行处理仍没有得到解决;

滤波器的长轴方向固定,但实际图像边缘的方向是任意的,极端情况下,如果滤波器的长轴方