CN112330560A - 一种合成孔径雷达数据图像可视化增强方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种合成孔径雷达数据图像可视化增强方法及系统，所述方法包括：步骤1)读入待图像可视化增强的合成孔径雷达数据；步骤2)按照最大迭代次数k_max的预设百分比指定迭代次数k；步骤3)基于迭代次数k以及读入数据矩阵大小，对读入的合成孔径雷达数据进行快速区间中值迭代处理；步骤4)对步骤3)处理后的数据进行取对数处理；步骤5)对步骤4)处理后的数据进行最大值‑最小值归一化处理；步骤6)对步骤5)处理后的数据进行图像可视化。本发明的方法可在压缩数据动态范围利于显示的同时增加观测场景中的地物目标细节，从而实现合成孔径雷达图像的可视化增强，促进目标解译，具有易于操作、简单快速的优点。

Description

一种合成孔径雷达数据图像可视化增强方法及系统

技术领域

本发明涉及合成孔径雷达图像信息处理领域，特别涉及一种合成孔径雷达数据图像可视化增强方法及系统。

背景技术

有效的图像可视化方法对于合成孔径雷达数据的解译意义重大。作为一种高分辨率微波成像雷达，合成孔径雷达获取的图像数据动态范围很大。为了更好地显示合成孔径雷达图像数据，需要对其进行动态范围压缩。动态范围压缩有许多方法，一般分为全局映射和局部映射，其中全局映射即所有像素的一对一映射，局部映射即局部范围像素的映射。简单常用的一种手段是对图像数据进行对数归一化操作。在大动态范围的图像数据中，往往会有一些很大的值和很小的值，这些值可能本身并不包含信息，也许是合成孔径雷达中的系统噪声或斑点噪声造成的噪声点，如果它们混杂在其他中间数据值之间，则会掩盖这些点的信息，影响显示效果，因此处理和调整这些数据点的值，对于图像显示质量的提高具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于调整合成孔径雷达图像数据的动态范围，增加图像中的目标细节，提高合成孔径雷达图像显示效果。

为了实现上述目的，本发明提供了一种合成孔径雷达数据图像可视化增强方法，所述方法包括：

步骤1)读入待图像可视化增强的合成孔径雷达数据；

步骤2)按照最大迭代次数k_max的预设百分比指定迭代次数k；

步骤3)基于迭代次数k以及读入数据矩阵大小，对读入的合成孔径雷达数据进行快速区间中值迭代处理；

步骤4)对步骤3)处理后的数据进行取对数处理；

步骤5)对步骤4)处理后的数据进行最大值-最小值归一化处理；

步骤6)对步骤5)处理后的数据进行图像可视化。

作为上述方法的一种改进，在步骤2)中，最大迭代次数k_max计算方法如下：

式中，

表示向下取整操作，log₂(·)表示以2为底取对数操作，N代表数据矩阵对应图像像素的总数目；

作为上述方法的一种改进，所述预设百分比的取范围为：10％-15％。

作为上述方法的一种改进，所述步骤3)进一步包括：

步骤3-1)将读入的二维数据矩阵转换为一维行向量；

步骤3-2)对一维行向量中的数据由小到大进行排序；

步骤3-3)根据迭代次数k和像素总数N计算靠左端和靠右端两个中值M_L和M_R在一维行向量中的位置

和

当N为奇数时：

当N为偶数时：

式中，round(·)表示四舍五入取整操作；

步骤3-4)根据计算得到的中值位置

和

在一维行向量中提取相对应的中值M_L和M_R；

步骤3-5)在一维行向量中将靠左端中值M_L所在位置之前的数据都置为M_L，将靠右端中值M_R所在位置之后的数据都置为M_R；

步骤3-6)将一维行向量按照原始数据所在位置还原为二维数据矩阵。

本发明的实施例2提供了一种合成孔径雷达数据图像可视化增强系统，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法。

本发明的优点在于：

本发明的方法及系统可快速调整数据动态范围和某些数据值，从而增加观测场景中的地物目标细节，增强合成孔径雷达图像显示效果，具有易于操作、简单快速的优点。

附图说明

图1是本发明的合成孔径雷达数据图像可视化增强方法的流程图；

图2是本发明的方法中快速中值迭代处理的操作示意图；

图3是全极化合成孔径雷达同极化H通道数据S_hh幅度|S_hh|未经过任何处理的可视化结果图；

图4是全极化合成孔径雷达同极化H通道数据S_hh幅度|S_hh|经过简单对数归一化处理的可视化结果图；

图5是全极化合成孔径雷达同极化H通道数据S_hh幅度|S_hh|经过本发明的方法得到的可视化结果图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

参考图1，本发明的实施例1提出了一种合成孔径雷达数据图像可视化增强方法，包括以下步骤：

步骤1)读入待图像可视化增强的合成孔径雷达数据；

步骤2)按照最大迭代次数k_max的10％-25％指定迭代次数k；

步骤3)基于指定的迭代次数以及读入数据矩阵大小对读入的合成孔径雷达数据进行区间中值迭代处理；

步骤4)对步骤3)处理后的数据进行取对数处理；

步骤5)对步骤4)处理后的数据进行最大值-最小值归一化处理；

步骤6)对步骤5)处理后的数据即预处理后所得最终数据进行图像可视化。

下面对本发明方法中的步骤做进一步描述。

在步骤1)中，读入待可视化增强的合成孔径雷达数据；在一个实施例中，所读入的数据为DLR研制的L波段机载ESAR获取于德国Oberpfaffenhofen地区的全极化数据中的同极化H通道数据S_hh，数据矩阵大小为1540×2816。

基于步骤1)，在步骤2)中，我们先根据实施例中图像像素总数计算对应的最大迭代次数k_max：

式中，

表示向下取整操作，log₂(·)表示以2为底取对数操作，N代表数据矩阵对应图像像素的总数目；

然后按照最大迭代次数k_max的10％-25％指定迭代次数k，此处实施例中选取k＝3。

基于步骤2)选取的迭代次数k，在步骤3)中，根据图2所示过程：

先将读入的实施例中的数据的幅度|S_hh|转换为一维行向量；

再对该一维行向量中的数据由小到大进行排序；

然后根据指定的迭代次数k＝3和像素总数N计算靠左端和靠右端两个中值M_L和M_R在一维行向量中的位置

和

由于实施例中N＝4336640为偶数，所以

和

计算方法如下：

式中，round(·)表示四舍五入取整操作；

再将计算得到的中值位置

和

当成一维行向量中数据的索引，提取相对应的中值M_L和M_R；

接着在一维行向量中将靠左端中值M_L所在位置之前的数据(均小于M_L)都置为M_L，将靠右端中值M_R所在位置之后的数据(均大于M_R)都置为M_R；

最后将一维行向量按照原始数据所在位置还原为二维数据矩阵。

基于步骤3)的处理结果，在步骤4)中，对该处理结果按下式进行取对数操作：

x′＝log₁₀(x)

式中，x代表取对数前的数据，x′代表取对数后的数据。

基于步骤4)的处理结果，在步骤5)中，对该处理结果按下式进行最大值-最小值归一化操作：

式中，x′代表最大值-最小值归一化前的数据，x″代表最大值-最小值归一化后的数据，min和max分别代表上一步骤取对数处理操作后数据中的最小值和最大值。

基于步骤5)的处理结果，即总的数据预处理结果，在步骤6)中对该处理结果进行图像显示。

图3显示为不经过任何处理的全极化合成孔径雷达同极化H通道数据S_hh的幅度图|S_hh|，图像尺寸为2816×1540，从该图可以看出，不经过处理直接显示|S_hh|时，图像出现了严重失真，从图像中几乎得不到任何信息，印证了之前所分析的合成孔径雷达数据存在的难题。图4是经过简单对数归一化处理的全极化合成孔径雷达同极化H通道数据S_hh的幅度|S_hh|可视化灰度图。从该图可以看出，与图3所示的未经任何处理的图像相比，经过简单的对数归一化得到的图像地物目标信息明显增加，由此说明了调整图像数据动态范围的必要性。该图显示效果虽有较大增强，但是图像亮度整体偏暗，细节对比度不强，不同目标之间的边界轮廓不清晰。图5是全极化合成孔径雷达同极化H通道数据S_hh的幅度|S_hh|经过本发明的方法得到的可视化结果图。从该图可以看出，与图3和图4相比，该图像的目标细节对比度进一步增强，展示的目标信息更丰富，由此验证了所发明的方法的可行性和有效性。

本发明的实施例2提供了一种合成孔径雷达数据图像可视化增强系统，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现实施例1的方法。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种合成孔径雷达数据图像可视化增强方法，所述方法包括：

步骤1)读入待图像可视化增强的合成孔径雷达数据；

步骤2)按照最大迭代次数k_max的预设百分比指定迭代次数k；

步骤3)基于迭代次数k以及读入数据矩阵大小，对读入的合成孔径雷达数据进行快速区间中值迭代处理；

步骤4)对步骤3)处理后的数据进行取对数处理；

步骤5)对步骤4)处理后的数据进行最大值-最小值归一化处理；

步骤6)对步骤5)处理后的数据进行图像可视化。

2.根据权利要求1所述的合成孔径雷达数据图像可视化增强方法，其特征在于，在步骤2)中，最大迭代次数k_max计算方法如下：

式中，

表示向下取整操作，log₂(·)表示以2为底取对数操作，N代表数据矩阵对应图像像素的总数目。

3.根据权利要求2所述的合成孔径雷达数据图像可视化增强方法，其特征在于，所述预设百分比的取范围为：10％-15％。

4.根据权利要求2或3所述的合成孔径雷达数据图像可视化增强方法，其特征在于，所述步骤3)进一步包括：

步骤3-1)将读入的二维数据矩阵转换为一维行向量；

步骤3-2)对一维行向量中的数据由小到大进行排序；

步骤3-3)根据迭代次数k和像素总数N计算靠左端和靠右端两个中值M_L和M_R在一维行向量中的位置

和

当N为奇数时：

当N为偶数时：

式中，round(·)表示四舍五入取整操作；

步骤3-4)根据计算得到的中值位置

和

在一维行向量中提取相对应的中值M_L和M_R；

步骤3-5)在一维行向量中将靠左端中值M_L所在位置之前的数据都置为M_L，将靠右端中值M_R所在位置之后的数据都置为M_R；

步骤3-6)将一维行向量按照原始数据所在位置还原为二维数据矩阵。

5.一种合成孔径雷达数据图像可视化增强系统，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-4任一项所述的方法。

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